JP2006190958A - Method and device for acquiring physical information and manufacturing method of semiconductor device for detecting physical quantity distribution with a plurality of unit constituent elements arranged therein - Google Patents

Method and device for acquiring physical information and manufacturing method of semiconductor device for detecting physical quantity distribution with a plurality of unit constituent elements arranged therein Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To independently and simultaneously obtain a color image and an infrared ray image with one image sensor. <P>SOLUTION: In a physical information acquiring method, a wiring layer constituting a signal line for reading an image signal from an in-pixel amplifier is formed on a semiconductor element where a photodiode and the in-pixel amplifier or the like are formed, and there is formed on the wiring layer a laminate film 1 that includes a structure where a plurality of layers having different refractive indexes between adjacent layers and having different predetermined thicknesses, and that has a characteristic where infrared rays IR are reflected and visible light VL is passed. For a plurality of pixels constituting a unit pixel matrix 12 infrared light is cut or is not cut for every pixel. Color filters 14R, 14G, and 14B for color imaging are formed on the laminate film 1 correspondingly to color pixels 12R, 12G, 12B. A color image is obtained on the basis of a pixel signal from the pixels 12R, 12G, and 12B where the laminate film 1 is formed. An infrared ray image is obtained on the basis of a pixel signal from a pixel 12IR where no laminate film 1 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、物理情報取得方法および物理情報取得装置、複数の単位構成要素が配列されてなる物理量分布検知の半導体装置の製造方法に関する。より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読出可能な物理量分布検知の半導体装置を利用した固体撮像装置などへの適用に好適な信号取得技術に関する。特に、可視光以外の波長成分(たとえば赤外光)による撮像をも可能とした撮像装置に関する。   The present invention relates to a physical information acquisition method, a physical information acquisition device, and a method for manufacturing a semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components are arranged. More specifically, for example, a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged, and the physical quantity distribution converted into an electric signal by the unit components is converted into an electric signal. The present invention relates to a signal acquisition technique suitable for application to a solid-state imaging device or the like using a semiconductor device capable of detecting a physical quantity distribution that can be read as. In particular, the present invention relates to an imaging apparatus that enables imaging using wavelength components other than visible light (for example, infrared light).

光や放射線などの外部から入力される電磁波などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。   There are various physical quantity distribution detection semiconductor devices in which a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as light and radiation input from the outside such as electromagnetic waves are arranged in a line or matrix form. Used in the field.

たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。   For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type, or a CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type solid that detects changes in light (an example of an electromagnetic wave) that is an example of a physical quantity. An imaging device is used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).

たとえば、固体撮像装置は、デバイス部の撮像部(画素部)に設けられている光電変換素子(受光素子;フォトセンサ)であるフォトダイオードにて、光や放射線などの外部から入力される電磁波を検知して信号電荷を生成・蓄積し、この蓄積された信号電荷(光電子)を、画像情報として読み出す。   For example, in a solid-state imaging device, a photodiode that is a photoelectric conversion element (light receiving element; photosensor) provided in an imaging unit (pixel unit) of a device unit receives electromagnetic waves input from outside such as light and radiation. The signal charges are detected and generated and accumulated, and the accumulated signal charges (photoelectrons) are read out as image information.

また最近では、可視光による像と赤外光による像を撮像する仕組みが提案されている(たとえば特許文献1〜7を参照)。たとえば赤外線の発光点を予め用意してそれを追跡することで、可視光の像の中にある赤外光の発光点の位置を検出することができる。また可視光のない、たとえば夜間においても赤外光を照射して撮像することで鮮明な像を得ることができる。さらに、可視光に加えて赤外光を取り入れることで感度を向上させることができる。   Recently, a mechanism for capturing an image by visible light and an image by infrared light has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 7). For example, by preparing an infrared light emitting point in advance and tracking it, the position of the infrared light emitting point in the visible light image can be detected. In addition, a clear image can be obtained by irradiating infrared light and taking an image even at night, for example, without visible light. Furthermore, sensitivity can be improved by incorporating infrared light in addition to visible light.

特開2004−103964号公報JP 2004-103964 A 特開平10−210486号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-210486 特開2002−369049号公報JP 2002-369049 A 特開平06−121325号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-121325 特開平09−166493号公報JP 09-166493 A 特開平09−130678号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-130678 特開2002−142228号公報JP 2002-142228 A

特許文献1に記載の仕組みは、半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用した単板式のものである。   The mechanism described in Patent Document 1 is a single plate type that utilizes the difference in absorption coefficient depending on the wavelength in the depth direction of the semiconductor.

また特許文献2〜4に記載の仕組みは、入力光学系に波長分離用のミラーやプリズムなどの波長分解光学系を使い、可視光と赤外光を個別の撮像素子で受光する多板式のものである。   In addition, the mechanisms described in Patent Documents 2 to 4 use a wavelength separation optical system such as a wavelength separation mirror or prism as an input optical system, and receive visible light and infrared light with separate imaging elements. It is.

また特許文献5に記載の仕組みは、入力光学系に回転式の波長分解光学系を使い、可視光と赤外光を同一の撮像素子で受光する単板式のものである。たとえば、赤外光カットフィルタの挿入/抜出を回転機構的に行ない、赤外光カットフィルタを挿入している場合は近赤外光および赤外光の影響のない可視光カラー画像を、赤外光カットフィルタを抜き出している場合は可視光および近赤外光の光強度を加算した画像を出力する。   The mechanism described in Patent Document 5 is a single-plate type that uses a rotary wavelength resolving optical system as an input optical system and receives visible light and infrared light with the same imaging device. For example, when an infrared light cut filter is inserted / extracted as a rotating mechanism and an infrared light cut filter is inserted, a visible color image that is not affected by near infrared light or infrared light is displayed in red. When the external light cut filter is extracted, an image obtained by adding the light intensities of visible light and near infrared light is output.

また特許文献6に記載の仕組みは、入力光学系に波長分解機能を持つ絞り光学系を使い、可視光と赤外光を同一の撮像素子で受光するものである。   The mechanism described in Patent Document 6 uses a stop optical system having a wavelength resolving function as an input optical system, and receives visible light and infrared light with the same imaging device.

また特許文献7に記載の仕組みは、可視光および近赤外光に感度を有する撮像素子の各画素に、別個のフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを規則的に配設し、4種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することにより、可視光カラー画像および近赤外光画像をそれぞれ独立に求めるものである。   Further, the mechanism described in Patent Document 7 is a system in which four types of color filters having separate filter characteristics are regularly arranged in each pixel of an image sensor having sensitivity to visible light and near-infrared light. A visible light color image and a near-infrared light image are obtained independently by performing a matrix operation on the output of each pixel provided with a color filter.

図53は、特許文献1に記載のセンサの仕組みを説明する図であって、図53(A)は半導体層の光吸収スペクトル特性を示す図、図53(B)は、デバイスの断面構造の模式図である。   53A and 53B are diagrams for explaining the mechanism of the sensor described in Patent Document 1, in which FIG. 53A shows the light absorption spectrum characteristics of the semiconductor layer, and FIG. 53B shows the cross-sectional structure of the device. It is a schematic diagram.

この仕組みにおいては、Si(シリコン)半導体の光の吸収係数が図53(A)に示すように青,緑,赤,赤外光の順に小さくなる、すなわち入射光L1に含まれる青色光、緑色光、赤色光、および赤外光に関しては、半導体の深さ方向において波長による場所依存性を呈することを利用して、図53(B)に示すように、Si半導体の表面から深さ方向に可視光(青,緑,赤)および赤外光の各色光を検出するための層を順次設けている。   In this mechanism, the light absorption coefficient of the Si (silicon) semiconductor decreases in the order of blue, green, red, and infrared light as shown in FIG. 53A, that is, blue light and green contained in the incident light L1. With respect to light, red light, and infrared light, as shown in FIG. 53 (B), by taking advantage of the location dependence depending on the wavelength in the depth direction of the semiconductor, the depth direction from the surface of the Si semiconductor. Layers for detecting each color light of visible light (blue, green, red) and infrared light are sequentially provided.

しかしながら、波長による吸収係数の違いを利用した特許文献1に記載の仕組みでは、理論上検知できる光量が低下しないが、青色光を検知する層では赤色光や緑色光が通過するときにある程度吸収を受けるためにそれらの光が青色光として検知されてしまう。このために、青の信号が本来ない場合でも緑や赤の信号が入ることで青にも信号が入り偽信号が生じてしまうことになるので、十分な色再現性を得られない。   However, the mechanism described in Patent Document 1 using the difference in absorption coefficient depending on the wavelength does not decrease the amount of light that can be detected theoretically, but the layer that detects blue light absorbs to some extent when red light or green light passes through. In order to receive, those lights will be detected as blue light. For this reason, even if a blue signal is not originally present, if a green or red signal is input, a blue signal is also generated and a false signal is generated, so that sufficient color reproducibility cannot be obtained.

これを避けるためには、3原色全体で計算による信号処理で補正を行なう必要があり、計算に必要な回路を別途必要となるので、その分だけ回路構成が複雑・大規模になり、またコスト的に高くなる。さらに、たとえば3原色のうちどれか1色が飽和するとその飽和した光の本来の値が判らなくなることで計算に狂いが生じ、結果として本来の色とは異なるように信号を処理することになる。   In order to avoid this, it is necessary to perform correction by signal processing by calculation for all three primary colors, and a circuit necessary for the calculation is separately required. Therefore, the circuit configuration is complicated and large in size, and the cost is increased. Become expensive. Further, for example, when one of the three primary colors is saturated, the original value of the saturated light is not known, resulting in a calculation error. As a result, the signal is processed differently from the original color. .

また、図53(A)に示すように、殆どの半導体は赤外光に対して吸収感度を有する。したがって、たとえばSi半導体を用いた固体撮像装置(イメージセンサ)などにおいては通常、減色フィルタの一例としてガラス製の赤外線カットフィルタをセンサの前に入れる必要がある。   As shown in FIG. 53A, most semiconductors have absorption sensitivity to infrared light. Therefore, for example, in a solid-state imaging device (image sensor) using Si semiconductor, for example, it is usually necessary to put an infrared cut filter made of glass as an example of a color reduction filter in front of the sensor.

よって、赤外光のみ、あるいは可視光と赤外光を信号として受け取って撮像するためには、赤外線カットフィルタを外すか、赤外光のカットする割合を低くする必要がある。   Therefore, in order to receive only infrared light, or visible light and infrared light as signals, it is necessary to remove the infrared cut filter or reduce the rate of infrared light cut.

ところが、このようにすると、赤外光が可視光に混じって光電変換素子に入射することになるので、可視光の像の色合いが本来のものとは異なることになる。したがって、可視光の像と赤外光のみ(または赤外光と可視光の混合)を同時に分けて各々適切な画像を得ることが困難である。   However, in this case, infrared light is mixed with visible light and incident on the photoelectric conversion element, so that the color of the visible light image is different from the original one. Therefore, it is difficult to obtain an appropriate image by dividing a visible light image and infrared light alone (or a mixture of infrared light and visible light) simultaneously.

また上述の課題とは別に、通常の固体撮像装置のように赤外線カットフィルタを用いることによって、可視光も幾らかカットされるので感度が落ちることになる。また赤外線カットフィルタを用いることによってコストが高くなる。   In addition to the above-described problems, the use of an infrared cut filter as in a normal solid-state imaging device also reduces the sensitivity because some of the visible light is cut. Further, the use of an infrared cut filter increases the cost.

また特許文献2〜4に記載の仕組みは、波長分離用のミラーやプリズムなどの波長分解光学系のため入力光学系が大がかりとなる。   Further, the mechanisms described in Patent Documents 2 to 4 require a large input optical system because of a wavelength resolving optical system such as a wavelength separating mirror or prism.

また特許文献5に記載の仕組みは、赤外光カットフィルタの挿入/抜出機構のため、装置が大がかりとなるし、赤外光カットフィルタの操作は自動的に行なえない。   In addition, the mechanism described in Patent Document 5 is an infrared light cut filter insertion / extraction mechanism, so that the apparatus becomes large, and the operation of the infrared light cut filter cannot be performed automatically.

また特許文献6に記載の仕組みは、波長分解機能を持つ絞り光学系のため、装置が大がかりとなる。加えて、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得ることができるものの、イメージセンサからは、この可視光線画像および赤外線画像を合成した電気信号しか出力できず、可視光線画像のみあるいは赤外線画像のみを出力することができない。   Further, since the mechanism described in Patent Document 6 is an aperture optical system having a wavelength resolving function, the apparatus becomes large. In addition, although both an infrared image and a visible light image can be obtained simultaneously, the image sensor can output only an electric signal obtained by synthesizing the visible light image and the infrared image, and only the visible light image or only the infrared image can be output. Cannot output.

これに対して、特許文献7に記載の仕組みは、4種類の色フィルタを配設することで波長分離を行なうので、特許文献2〜6のような入力光学系が大がかりとなる問題がないものの、演算処理に問題がある。すなわち、特許文献7に記載の仕組みは、別個のフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することで、可視光カラー画像および近赤外光画像をそれぞれ独立に求めるので、可視光線画像と赤外線画像とを個別かつ同時に出力できるものの、可視光線画像を得る際にも、赤外光成分との間での演算処理が必要になり、全体としての演算処理が大幅になる。   On the other hand, since the mechanism described in Patent Document 7 performs wavelength separation by arranging four types of color filters, there is no problem that the input optical system as in Patent Documents 2 to 6 becomes large. There is a problem with arithmetic processing. In other words, the mechanism described in Patent Document 7 performs a matrix operation on the output of each pixel in which four types of color filters having different filter characteristics are arranged, so that a visible light color image and a near-infrared light image are independent of each other. Although the visible light image and the infrared image can be output individually and simultaneously, when obtaining the visible light image, it is necessary to perform an arithmetic process with the infrared light component. Become significant.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上述した問題の少なくとも1つを解決し得る新たな仕組みとその仕組みに使用される装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a new mechanism capable of solving at least one of the above-described problems and a method of manufacturing an apparatus used for the mechanism.

一例として、同じイメージセンサで可視光カラー画像および近赤外光画像を独立に得る新たな仕組みの撮像装置を提供する。   As an example, an imaging apparatus having a new mechanism for independently obtaining a visible light color image and a near-infrared light image with the same image sensor is provided.

また、他の例として、同じイメージセンサで可視光による像と赤外光による像を同時に撮像する場合に、赤外光カットフィルタを外すことによる色合いが本来のものと異なる点を解決することで、色合いが正確な可視光による像と赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができる仕組みを提供する。   As another example, when the same image sensor captures both visible light and infrared light simultaneously, it solves the problem that the hue caused by removing the infrared light cut filter differs from the original one. The present invention provides a mechanism capable of simultaneously capturing an image with visible light and an image with infrared light or ultraviolet light with accurate hue.

また、他の例として、通常のイメージセンサのように厚みのあるガラス製の赤外線カットフィルタを用いることによるコストが高くなる点を解決することができる仕組みを提供する。   As another example, there is provided a mechanism capable of solving the high cost due to the use of a thick glass infrared cut filter as in a normal image sensor.

本発明に係る物理情報取得方法および装置は、屈折率が異なる層を複数積層した構造を持つ積層膜を利用して通過波長領域成分と反射波長領域成分とを波長分離することで、両者の成分信号を個別の検出部で、独立にあるいは同時に取得するようにしたことに特徴を持つ。   The physical information acquisition method and apparatus according to the present invention uses a laminated film having a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes are laminated to separate wavelengths of a reflected wavelength region component and a reflected wavelength region component. It is characterized in that signals are acquired independently or simultaneously by individual detection units.

すなわち、本発明に係る物理情報取得方法は、電磁波を検知する検知部と、検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、単位構成要素が所定の順に同一基板上に配された物理量分布検知のための装置を使用して、単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材を検知部の前記電磁波が入射する入射面側に設ける。   That is, the physical information acquisition method according to the present invention includes a detection unit that detects electromagnetic waves and a unit signal generation unit that generates and outputs a corresponding unit signal based on the amount of electromagnetic waves detected by the detection unit. A physical information acquisition method for acquiring physical information for a predetermined purpose based on a unit signal using an apparatus for detecting a physical quantity distribution in which unit components are arranged on the same substrate in a predetermined order. The detector has a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes between adjacent layers and having a predetermined thickness are stacked, and has a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of electromagnetic waves and passing the remaining components. It is provided on the incident surface side on which the electromagnetic wave is incident.

そして、積層部材を通過した通過波長領域成分を検知部で検知し、これによって単位信号生成部から得られる通過波長領域成分の単位信号に基づき、所定目的用の物理情報を取得することとした。   Then, the detection unit detects the passing wavelength region component that has passed through the laminated member, and thereby acquires physical information for a predetermined purpose based on the unit signal of the passing wavelength region component obtained from the unit signal generation unit.

なお、“残り”とは、反射される反射波長領域成分を除く全ての波長成分を意味するものではなく、少なくとも、反射波長領域成分を事実上含まないものであればよい。“反射波長領域成分を事実上含まない”とは、反射波長領域成分の影響をほぼ全く受けないことを意味し、影響を若干受けることがあってもよい。通過波長側については反射波長領域の影響を無視可能な信号を取得できればよいからである。なお、反射波長領域についても、通過波長領域成分の影響を無視可能な信号を取得できればよい。   The “remaining” does not mean all the wavelength components except the reflected wavelength region component to be reflected, and may be at least one that does not substantially include the reflected wavelength region component. “The reflection wavelength region component is substantially not included” means that the reflection wavelength region component is hardly affected at all, and may be slightly affected. This is because it is only necessary to obtain a signal that can ignore the influence of the reflection wavelength region on the passing wavelength side. As for the reflection wavelength region, it is only necessary to obtain a signal that can ignore the influence of the passing wavelength region component.

本発明に係る物理情報取得装置は、前記本発明に係る物理情報取得方法を実施するのに好適な装置であって、検知部の電磁波が入射する入射面側に配された、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材と、検知部によって検知される積層部材を通過した通過波長領域成分に基づいて単位信号生成部から得られる通過波長領域成分の単位信号に基づき、所定目的用の物理情報を取得する信号処理部とを備えるものとした。積層部材は、検知部と別体のものであってもよいが、検知部と一体的に構成されている方が好ましい。   The physical information acquisition device according to the present invention is a device suitable for carrying out the physical information acquisition method according to the present invention, and is arranged between adjacent layers arranged on the incident surface side where the electromagnetic wave of the detection unit is incident. A laminated member having a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes and having a predetermined thickness are laminated, reflecting a predetermined wavelength region component of electromagnetic waves, and allowing the remainder to pass through, and a laminate detected by a detection unit And a signal processing unit that acquires physical information for a predetermined purpose based on a unit signal of a passing wavelength region component obtained from a unit signal generation unit based on a passing wavelength region component that has passed through the member. The laminated member may be a separate member from the detection unit, but is preferably configured integrally with the detection unit.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明に係る装置の製造に用いて好適な方法であって、半導体基板上に検知部と単位信号生成部とを有する半導体素子層を形成する工程と、半導体素子層上に単位信号生成部から単位信号を読み出すための信号線をなす配線層を形成する工程と、配線層上に、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層膜を形成する工程とを備えるものとした。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method suitable for manufacturing the device according to the present invention, wherein a semiconductor element layer having a detection unit and a unit signal generation unit is formed on a semiconductor substrate. A step of forming a wiring layer that forms a signal line for reading a unit signal from the unit signal generator on the semiconductor element layer, and a refractive index is different between adjacent layers on the wiring layer and has a predetermined thickness. And a step of forming a laminated film having a structure in which a plurality of layers are laminated and having a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of electromagnetic waves and allowing the remainder to pass therethrough.

なお、反射波長領域成分をも検知可能な構成とするべく、複数の検知部に対して、各波長対応の検知部に位置整合させて、積層膜の一部を規則的に取り除く工程をさらに設けることで、積層膜を通過した通過波長領域成分が複数の検知部の内の一方で検され、積層膜を通過しない反射波長領域成分が複数の検知部の内の他方で検されるようにしてもよい。各波長対応の検知部に位置整合させて一部を規則的に取り除くという点では、積層膜は、検知部と別体よりは検知部と一体的に構成されている方が好ましい。   In addition, in order to make the configuration capable of detecting the reflected wavelength region component, a step of regularly removing a part of the laminated film by aligning the plurality of detection units with the detection units corresponding to the respective wavelengths is further provided. Thus, the passing wavelength region component that has passed through the laminated film is detected on one side of the plurality of detection units, and the reflected wavelength region component that does not pass through the laminated film is detected on the other side of the plurality of detection units. Also good. The laminated film is preferably configured integrally with the detection unit rather than separately from the detection unit, in that a part is regularly removed by aligning with the detection unit corresponding to each wavelength.

また、カラー撮像用途などとする場合には、積層膜上に、通過波長領域成分内の所定の波長成分を通過させる波長別の光学部材を波長対応画素に位置整合させて形成する工程をさらに設けてもよい。各波長対応の検知部に位置整合させて波長別の光学部材を形成するという点では、波長別の光学部材は、積層膜や検知部と別体よりは積層膜や検知部と一体的に構成されている方が好ましい。   In addition, in the case of color imaging applications, there is further provided a step of forming, on the laminated film, a wavelength-specific optical member that allows a predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass through and is aligned with the wavelength corresponding pixel. May be. In terms of forming a wavelength-specific optical member by aligning with the detection unit corresponding to each wavelength, the wavelength-specific optical member is configured integrally with the laminated film and the detection unit rather than separately from the laminated film and the detection unit. Is preferred.

また従属項に記載された発明は、本発明のさらなる有利な具体例を規定する。   The inventions described in the dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.

たとえば、可視光などの通過波長領域成分に対する赤外光などの反射波長領域成分に関わる像を取得するべく、反射波長領域成分用の検知部の電磁波が入射する入射面側に積層部材を設けずに、反射波長領域成分をその検知部で検知し、これによって単位信号生成部から得られる反射波長領域成分の単位信号に基づき、第2の前記所定目的用の物理情報を取得するようにするとよい。   For example, in order to obtain an image related to a reflected wavelength region component such as infrared light with respect to a passing wavelength region component such as visible light, a laminated member is not provided on the incident surface side where the electromagnetic wave of the detection unit for the reflected wavelength region component is incident. In addition, the reflected wavelength region component may be detected by the detection unit, and thereby the second physical information for the predetermined purpose may be acquired based on the unit signal of the reflected wavelength region component obtained from the unit signal generation unit. .

また、通過波長領域成分の単位信号に基づく第1の物理情報と、反射波長領域成分の単位信号に基づく第2の物理情報とを、何れか一方を選択して出力する、もしくは双方を同時に出力するようにするのがよい。   In addition, either one of the first physical information based on the unit signal of the passing wavelength region component and the second physical information based on the unit signal of the reflected wavelength region component is selected and output, or both are output simultaneously. It is good to do.

また、通過波長領域成分を検知する複数の検知部の入射面側にそれぞれ、通過波長領域成分内をそれぞれ異なる波長領域成分に分離する光学部材を設け、それぞれ異なる通過波長領域成分を複数の検知部で検知し、これによって単位信号生成部から得られるそれぞれ異なる通過波長領域成分の各単位信号の合成処理により、通過波長領域成分に関わる1つの物理情報を取得するようにしてもよい。たとえば、光学部材として、3つの検知部に対して、可視領域の透過光が3原色の波長成分である原色系の色フィルタを用いる、あるいは、可視領域の透過光が3原色に対する各々の補色である補色系の色フィルタを用いることで、カラー画像を撮像するようにする。   In addition, an optical member that separates the inside of the passing wavelength region component into different wavelength region components is provided on the incident surface side of the plurality of detecting portions that detect the passing wavelength region component, and each of the detecting portions receives different passing wavelength region components In this way, one piece of physical information related to the pass wavelength region component may be acquired by combining each unit signal of the different pass wavelength region components obtained from the unit signal generation unit. For example, as an optical member, a primary color system color filter in which transmitted light in the visible region is a wavelength component of three primary colors is used for three detection units, or transmitted light in the visible region is a complementary color for each of the three primary colors. A color image is captured by using a complementary color filter.

また、反射波長領域成分の信号取得に関しては、反射波長領域成分だけでなく、通過波長領域成分の全部もしくは一部(たとえば3原色の何れか1つの波長成分)を同時に検出部で取り込んでから、差分演算処理によって、通過波長領域成分の影響を無視可能な、反射波長領域成分だけの信号を取得するようにしてもよい。あるいは、反射波長領域成分用の検知部には、予め通過波長領域成分が入射しないように、その入射面側に、反射波長領域成分を通過させかつ通過波長領域成分を遮断する光学部材を設けてもよい。   In addition, regarding the signal acquisition of the reflected wavelength region component, not only the reflected wavelength region component but also all or a part of the passing wavelength region component (for example, any one of the three primary colors) is simultaneously captured by the detection unit, By the difference calculation process, a signal of only the reflected wavelength region component that can ignore the influence of the passing wavelength region component may be acquired. Alternatively, the detection unit for the reflected wavelength region component is provided with an optical member that transmits the reflected wavelength region component and blocks the transmitted wavelength region component on the incident surface side so that the transmitted wavelength region component does not enter in advance. Also good.

なお、反射波長領域成分の信号をも取得してその画像を生成する構成とする場合、通過波長領域成分を検知する検知部の従来の配置態様に対して、その一部を反射波長領域成分を検知する検知部に置き換えた画素配列構造にしなければならず、各検知部をどのように配置するかで解像度に影響を与え得る。   In addition, when it is set as the structure which also acquires the signal of a reflection wavelength region component, and produces | generates the image, the reflection wavelength region component is partly compared with the conventional arrangement | positioning aspect of the detection part which detects a passage wavelength region component. The pixel arrangement structure must be replaced with the detection unit to be detected, and the resolution may be affected by how each detection unit is arranged.

この点おいては、たとえば通過波長領域成分に基づく通常カラー画像の方の解像度を重視する場合には、通常カラー画像生成に資する色別の複数の検知要素の内のある波長成分を検知するもの(典型例はG色用の画素)が市松模様となるように配するのがよい。一方、反射波長領域成分に基づく画像(典型例は赤外光画像)の方の解像度を重視する場合には、その画像生成に資する検知部が市松模様となるように配するのがよい。   In this regard, for example, when importance is attached to the resolution of a normal color image based on a passing wavelength region component, a certain wavelength component is detected among a plurality of color-specific detection elements that contribute to normal color image generation. It is preferable that the pixels (a typical example is a pixel for G color) have a checkered pattern. On the other hand, when importance is attached to the resolution of an image based on the reflected wavelength region component (typically, an infrared light image), it is preferable to arrange the detection units that contribute to the image generation in a checkered pattern.

また、これらの画素を2次元格子状に配する場合には、垂直方向および水平方向の各読取方向に対して平行および直交するようにする正方格子状に配するよりも、所定角度(典型例は略45度)だけ回転させた状態の斜め格子状に配列すると、垂直方向と水平方向の各画素密度が増すことになり、その方向での解像度をさらに高くすることができる。   In addition, when these pixels are arranged in a two-dimensional lattice shape, a predetermined angle (typical example) is provided rather than a square lattice shape that is parallel and orthogonal to the reading directions in the vertical direction and the horizontal direction. Are arranged in an oblique lattice shape rotated by approximately 45 degrees), the density of each pixel in the vertical direction and the horizontal direction is increased, and the resolution in that direction can be further increased.

本発明によれば、屈折率が異なる層を複数積層した構造を持つ積層膜を利用して通過波長領域成分と反射波長領域成分とを波長分離し、両者の成分信号を個別の検出部で検知するようにした。   According to the present invention, the wavelength component of the pass wavelength region component and the reflected wavelength region component are separated by using a laminated film having a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes are laminated, and the component signals of both are detected by individual detection units. I tried to do it.

これにより、単一の半導体装置(たとえばイメージセンサ)で、反射波長領域成分の影響を無視可能な通過波長領域成分に関わる物理情報を取得することができる。この際、たとえば通過波長領域成分の一例である可視光に対する反射波長領域成分である赤外光をカットする従来のような赤外線カット用の高価なガラス製の光学部材が不要になる。半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用するものではなく、このことに起因した色再現性の問題は生じない。   As a result, it is possible to acquire physical information related to the passing wavelength region component in which the influence of the reflected wavelength region component can be ignored with a single semiconductor device (for example, an image sensor). At this time, for example, an expensive glass-made optical member for cutting infrared rays as in the prior art that cuts infrared light that is a reflected wavelength region component with respect to visible light, which is an example of a passing wavelength region component, becomes unnecessary. The difference in absorption coefficient due to the wavelength in the depth direction of the semiconductor is not utilized, and the problem of color reproducibility due to this does not occur.

また、通過波長領域成分と反射波長領域成分とを別個に検出して、両成分の信号出力を同時に取得する場合、通過波長領域成分については、積層膜によって反射波長領域成分が予めカットされるので、特開2002−142228号公報記載の仕組みとは異なり、反射波長領域成分の影響をほぼ全く受けない通過波長領域成分の信号を得るに際して、反射波長領域成分との間での演算処理が不要である。   In addition, when the transmission wavelength region component and the reflection wavelength region component are separately detected and the signal output of both components is acquired simultaneously, the reflection wavelength region component is cut in advance by the laminated film for the transmission wavelength region component. Unlike the mechanism described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-142228, when obtaining a signal of a passing wavelength region component that is hardly affected by the reflected wavelength region component, there is no need to perform an arithmetic process with the reflected wavelength region component. is there.

もちろん、通過波長領域成分と反射波長領域成分の信号を別個かつ同時に検知できるため、たとえば、赤外光や紫外光と可視光とを分けて検知する構造とすることで、可視光による像と赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができるようになる。この際、可視光をさらに3原色信号成分に分けて検知するように構成することで、色合いが正確な可視光による像と、赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができるようになる。   Of course, since the signals of the passing wavelength region component and the reflected wavelength region component can be detected separately and simultaneously, for example, by using a structure that separately detects infrared light, ultraviolet light, and visible light, the image of visible light and red Images from external light and ultraviolet light can be taken simultaneously. At this time, the visible light is further divided into the three primary color signal components and detected so that an image of visible light with an accurate hue and an image of infrared light or ultraviolet light can be simultaneously captured. Become.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<<誘電体積層膜イメージセンサの概念>>
図1は、誘電体積層膜を利用して電磁波を所定波長ごとに分光する分波イメージセンサの概念を説明する図である。ここでは、電磁波の一例である光を所定波長ごとに分光する分光イメージセンサを例に説明する。
<< Concept of Dielectric Multilayer Image Sensor >>
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of a demultiplexing image sensor that separates electromagnetic waves for each predetermined wavelength using a dielectric laminated film. Here, a spectral image sensor that separates light, which is an example of electromagnetic waves, for each predetermined wavelength will be described as an example.

誘電体積層膜1は、図1に示すように、隣接する層間で屈折率nj(jは2以上の正の整数;以下同様)が異なり(屈折率差Δn)、所定の厚みdjを持つ層を複数積層した構造を有する積層部材である。これによって、後述するように、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持つようになる。   As shown in FIG. 1, the dielectric laminated film 1 is a layer having a predetermined thickness dj in which the refractive index nj (j is a positive integer of 2 or more; the same shall apply hereinafter) differs between adjacent layers (refractive index difference Δn). Is a laminated member having a structure in which a plurality of layers are laminated. As a result, as described later, it has a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of the electromagnetic wave and passing the rest.

誘電体積層膜1をなす各誘電体層1_jの層数の数え方は、その両側の厚い層(第n0層1_0および第k層1_k)を層数として数えずに、たとえば、第1層目から第k層側に向けて順に数える。実質的には、両側の厚い層(第0層1_0および第k層1_k)を除いて誘電体積層膜1が構成される。   The number of layers of each dielectric layer 1_j forming the dielectric laminated film 1 is counted without counting the thick layers (n0th layer 1_0 and kth layer 1_k) on both sides as the number of layers, for example, the first layer To the k-th layer side. Substantially, the dielectric laminated film 1 is configured except for the thick layers (the 0th layer 1_0 and the kth layer 1_k) on both sides.

このような構造を持つ誘電体積層膜1に光を入射させると、誘電体積層膜1での干渉により、反射率(あるいは透過率)が波長λに対してある依存性を持つようになる。光の屈折率差Δnが大きいほどその効果が強くなる。   When light is incident on the dielectric multilayer film 1 having such a structure, the reflectance (or transmittance) has a certain dependency on the wavelength λ due to interference in the dielectric multilayer film 1. The effect increases as the refractive index difference Δn of light increases.

特に、この誘電体積層膜1が、周期的な構造や、ある条件(たとえば各層の厚みdの条件d〜λ/4n)を持つことで、白色光などの入射光L1が入射すると、ある特定波長域の光(特定波長領域光)の反射率だけを効果的に高めて殆どを反射光成分L2にさせ、すなわち透過率を小さくさせて、かつ、それ以外の波長域の光の反射率を低くすることで殆どを透過光成分L3にさせる、すなわち、透過率を大きくさせることができる。   In particular, when this dielectric laminated film 1 has a periodic structure and certain conditions (for example, conditions d to λ / 4n of the thickness d of each layer), when incident light L1 such as white light is incident, a certain specific Only the reflectance of light in the wavelength range (specific wavelength range light) is effectively increased to make most of the reflected light component L2, that is, the transmittance is reduced, and the reflectance of light in other wavelength ranges is increased. By making it low, most of the transmitted light component L3 can be obtained, that is, the transmittance can be increased.

ここで波長λは、ある波長域の中心波長であり、nはその層の屈折率である。本実施形態では、この誘電体積層膜1による反射率(あるいは透過率)の波長依存性を利用することで、分光フィルタ10を実現する。   Here, the wavelength λ is the center wavelength in a certain wavelength range, and n is the refractive index of the layer. In the present embodiment, the spectral filter 10 is realized by utilizing the wavelength dependency of the reflectance (or transmittance) of the dielectric multilayer film 1.

<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサの基本構成>
図2は、誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサの基本構成を説明する概念図である。ここで、図2は、赤外光IR(InfraRed)と可視光VL(Visible Light )とを分光する事例で示している。可視光VLよりも長波長側である赤外領域の波長λ(主に780nmより長波長側)の赤外光IRに対して、高い反射率を持たせるような誘電体積層膜1を形成することで、赤外光IRをカットし、また、このような誘電体積層膜1を形成しないことで、赤外光IRを透過させることができる。
<Basic configuration of demultiplexing image sensor using dielectric multilayer film>
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a basic configuration of a demultiplexing image sensor using a dielectric laminated film. Here, FIG. 2 shows an example in which infrared light IR (InfraRed) and visible light VL (Visible Light) are split. The dielectric laminated film 1 is formed so as to have a high reflectance with respect to infrared light IR having a wavelength λ (mainly longer wavelength than 780 nm) in the infrared region which is longer than visible light VL. Thus, the infrared light IR can be transmitted by cutting the infrared light IR and not forming such a dielectric laminated film 1.

なお、誘電体積層膜1をなす各誘電体層1_jの部材(層材)は、複数の層で誘電体積層膜1を構成することから少なくとも2種となり、3層以上の場合には各誘電体層1_jの何れもが異なる層材でなるものであってもよいし、2種(あるいはそれ以上)を交互にあるいは任意の順に積層したものであってもよい。また、誘電体積層膜1を、基本的な第1および第2の層材で構成しつつ、一部を第3(あるいはそれ以上)の層材に代えるようにしてもよい。以下、具体的に説明する。   The members (layer materials) of each dielectric layer 1_j constituting the dielectric laminated film 1 are at least two types because the dielectric laminated film 1 is composed of a plurality of layers. Any of the body layers 1_j may be made of different layer materials, or two (or more) layers may be laminated alternately or in any order. Further, the dielectric laminated film 1 may be configured with basic first and second layer materials, and a part thereof may be replaced with a third (or more) layer material. This will be specifically described below.

<誘電体積層膜を利用した多波長分波イメージセンサの構成>
図3は、図2に示した分光イメージセンサ10を利用した分光イメージセンサ11の基本構成を複数の波長分離構成に適用した構成例を示す図である。
<Configuration of multi-wavelength demultiplexing image sensor using dielectric laminated film>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example in which the basic configuration of the spectral image sensor 11 using the spectral image sensor 10 illustrated in FIG. 2 is applied to a plurality of wavelength separation configurations.

図2にて説明したように、誘電体積層膜1を形成するかしないかにより、赤外光IRをカットしたり透過させたりすることができる。これを応用して、単位画素マトリクス12を構成する複数の検知部(たとえばフォトダイオード)に対して、各波長対応の検知部に位置整合させて積層膜の一部を規則的に取り除く、すなわち、画素(セル)ごとに、赤外光をカットしたりしなかったりすることで、可視光VLのみの撮像と赤外光IRのみの撮像、あるいは可視光VLのみの撮像と赤外光IRと可視光VLとを混在させた撮像を、同時に行なうようにすることができる。   As described with reference to FIG. 2, the infrared light IR can be cut or transmitted depending on whether or not the dielectric laminated film 1 is formed. By applying this, for a plurality of detection units (for example, photodiodes) constituting the unit pixel matrix 12, a part of the laminated film is regularly removed by aligning with the detection units corresponding to each wavelength, that is, For each pixel (cell), infrared light is cut or not, so that only visible light VL and infrared light IR are picked up, or only visible light VL is picked up and infrared light IR and visible. Imaging in which the light VL is mixed can be performed simultaneously.

昼間におけるモノクロ画像あるいはカラー画像の撮像時に赤外光IRの影響を受けず、また、夜間などにおいて、赤外光IRによる撮像が可能となる。必要に応じて、他方の像も同時に出力することもできる。その場合でも、昼間において、可視光VLの影響を受けない赤外光IRのみの画像を得ることができる。   It is not affected by the infrared light IR when capturing a monochrome image or a color image in the daytime, and can be imaged with the infrared light IR at night. If necessary, the other image can be output simultaneously. Even in that case, an image of only the infrared light IR that is not affected by the visible light VL can be obtained in the daytime.

すなわち、多波長分波対応の分光イメージセンサ11は、上述のような赤外光IRを反射可能な誘電体積層膜1を、画素が規則的に配列された単位画素マトリクス12を構成する各画素の主要部をなすフォトダイオード上に形成することで、赤外光IRを反射させることができ、この画素から得られる画素信号に基づき、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみのモノクロ画像が得られる。特開2002−142228号公報記載の仕組みとは異なり、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのモノクロ画像を得るに際して、赤外光IRの成分との間での演算処理が不要である。   That is, the spectral image sensor 11 that supports multi-wavelength demultiplexing includes the dielectric layered film 1 that can reflect the infrared light IR as described above, and each pixel constituting the unit pixel matrix 12 in which the pixels are regularly arranged. By forming it on the photodiode that forms the main part of the infrared ray, it is possible to reflect infrared light IR, and based on the pixel signal obtained from this pixel, only visible light VL that is hardly affected by infrared light IR. Monochrome image can be obtained. Unlike the mechanism described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-142228, when obtaining a monochrome image of visible light VL that is hardly affected by infrared light IR, there is no need to perform arithmetic processing with components of infrared light IR. It is.

さらに、誘電体積層膜1を形成したフォトダイオード上に、波長領域成分内を所定の波長領域成分に分離する光学部材の一例として、可視光VL領域において所定の波長透過特性を持つ色フィルタ14を設けることで、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VL領域中の特定波長領域のみの像が得られる。   Further, a color filter 14 having a predetermined wavelength transmission characteristic in the visible light VL region is provided as an example of an optical member for separating the wavelength region component into a predetermined wavelength region component on the photodiode on which the dielectric laminated film 1 is formed. By providing, an image of only a specific wavelength region in the visible light VL region that is hardly affected by the infrared light IR can be obtained.

また、単位画素マトリクス12を構成する複数のフォトダイオード上に一体的に、可視光VL領域においてそれぞれ異なる波長透過特性を持つ色フィルタ14xを、各波長対応(色別)のフォトダイオードに位置整合させて、規則的に配列することで、可視光VL領域を波長別(色別)に分離することができ、これらの色別の画素から得られる各画素信号に基づいて合成処理をすることで、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみのカラー画像(可視光カラー画像)が得られる。特開2002−142228号公報記載の仕組みとは異なり、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのカラー画像を得るに際して、赤外光IRの成分との間での演算処理が不要である。   In addition, the color filters 14x having different wavelength transmission characteristics in the visible light VL region are integrally aligned with the photodiodes corresponding to each wavelength (color-specific) on the plurality of photodiodes constituting the unit pixel matrix 12. By arranging regularly, the visible light VL region can be separated by wavelength (by color), and by performing synthesis processing based on each pixel signal obtained from these pixels by color, A color image (visible light color image) of only visible light VL that is hardly affected by infrared light IR is obtained. Unlike the mechanism described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-142228, when obtaining a color image of visible light VL that is hardly affected by infrared light IR, there is no need to perform arithmetic processing with components of infrared light IR. It is.

また、同じ撮像素子(分光イメージセンサ11)において、たとえば単位画素マトリクス12の内で、部分的に誘電体積層膜1を形成しない画素を設けることで、各画素の出力をマトリクス演算することにより、可視光VLのモノクロ画像あるいはカラー画像と赤外光IRの画像をそれぞれ独立に求めることが常時可能となる。また、フォトダイオード上に一体的に形成された誘電体積層膜1の一部を、部分的に誘電体積層膜1を形成しないようにするので、部分的に誘電体積層膜1が形成されていない誘電体積層膜1をもつ別個の光学部材を撮像素子上に配設する場合とは異なり、位置合せの問題が起きない。   Further, in the same image pickup device (spectral image sensor 11), for example, by providing pixels in the unit pixel matrix 12 that do not partially form the dielectric multilayer film 1, by performing matrix calculation on the output of each pixel, It is always possible to independently obtain a monochrome image or color image of visible light VL and an image of infrared light IR. Further, a part of the dielectric multilayer film 1 integrally formed on the photodiode is not partially formed so that the dielectric multilayer film 1 is partially formed. Unlike the case where a separate optical member having no dielectric laminated film 1 is provided on the image pickup device, the problem of alignment does not occur.

たとえば、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみの撮像(モノクロ撮像もしくはカラー撮像)と、赤外光IRと可視光VLとを混在させた撮像を、同時に行なうようにすることができる。また、可視光VLのみの成分(モノクロ像成分もしくはカラー像成分)と、赤外光IRと可視光VLとを混在させた成分との合成処理(詳しくは差分処理)により、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの撮像を行なうようにすることもできる。   For example, imaging with only visible light VL (monochrome imaging or color imaging) that is almost completely unaffected by infrared light IR and imaging that mixes infrared light IR and visible light VL are performed simultaneously. Can do. In addition, the effect of visible light VL is achieved by combining (specifically, differential processing) a component that includes only visible light VL (monochrome image component or color image component) and a component that mixes infrared light IR and visible light VL. It is also possible to perform imaging using only infrared light IR that does not receive substantially any of the above.

なお、上記において、“影響をほぼ全く受けない”とは、最終的に人間の視覚によることを考慮し、一般的に人間の視覚によって明確な差が関知できない程度であれば、“影響を若干受ける”ことがあってもよい。すなわち、赤外光IR側については通過波長領域(可視光VL)の影響を無視可能な赤外画像(物理情報の一例)を取得できればよく、可視光VL側については反射波長領域成分(赤外光IR)の影響を無視可能な通常画像(物理情報の一例)を取得できればよい。   In the above, “substantially unaffected” means that the human visual sense is ultimately taken into account. Generally, if a clear difference cannot be recognized by human visual sense, It may be “received”. In other words, it is only necessary to obtain an infrared image (an example of physical information) that can ignore the influence of the pass wavelength region (visible light VL) on the infrared light IR side, and a reflected wavelength region component (infrared) on the visible light VL side. It is only necessary to obtain a normal image (an example of physical information) that can ignore the influence of (light IR).

また、色フィルタ14は、可視光VL(波長λ=380〜780nm)の3原色である青色成分B(たとえば波長λ=400〜500nmで透過率が略1、その他で略ゼロ)、緑色成分G(たとえば波長λ=500〜600nmで透過率が略1、その他で略ゼロ)、赤色成分R(たとえば波長λ=600〜700nmで透過率が略1、その他で略ゼロ)を中心とする原色フィルタであってもよい。   The color filter 14 includes a blue component B (for example, a transmittance of about 1 at a wavelength λ = 400 to 500 nm and a transmission rate of about 1 for other wavelengths) that is the three primary colors of visible light VL (wavelength λ = 380 to 780 nm), and a green component G. (For example, the transmittance is approximately 1 at a wavelength λ = 500 to 600 nm, and approximately zero at others), and the primary color filter centering on a red component R (for example, the transmittance is approximately 1 at a wavelength λ = 600 to 700 nm and approximately zero at others). It may be.

あるいは、黄Ye(たとえば波長λ=400〜500nmで透過率が略ゼロ、その他で略1)、マゼンダMg(たとえば波長λ=500〜600nmで透過率が略ゼロ、その他で略1)、シアンCy(たとえば波長λ=600〜700nmで透過率が略ゼロ、その他で略1)など、可視光の3原色成分に対して略ゼロの透過率を持つ補色系の色フィルタであってもよい。   Alternatively, yellow Ye (for example, transmittance is approximately zero at wavelength λ = 400 to 500 nm, approximately 1 for others), magenta Mg (for example, transmittance is approximately zero at wavelength λ = 500 to 600 nm, approximately 1 for others), cyan Cy It may be a complementary color filter having substantially zero transmittance for the three primary color components of visible light, such as (for example, the wavelength λ = 600 to 700 nm and the transmittance is substantially zero, otherwise approximately 1).

補色系の色フィルタは原色系の色フィルタよりも感度が高いので、可視領域の透過光が3原色の各々の補色である補色系の色フィルタを使用することで撮像装置の感度を高めることができる。逆に、原色系の色フィルタを用いることで、差分処理を行なわなくても原色の色信号を取得でき信号処理が簡易になる利点がある。   Since the complementary color filter is more sensitive than the primary color filter, the sensitivity of the imaging apparatus can be increased by using a complementary color filter in which the transmitted light in the visible region is the complementary color of each of the three primary colors. it can. On the other hand, the use of a primary color filter has an advantage that the color signal of the primary color can be acquired without performing the difference processing, and the signal processing is simplified.

なお、透過率が“略1”であるとは、理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに大きいものであればよい。一部に“1”でない透過率”があってもよい。また、透過率が“略ゼロ”であるについても、同様に理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに小さいものであればよい。一部に“ゼロ”でない透過率”があってもよい。   Note that the transmittance of “approximately 1” means an ideal state, and the transmittance in the wavelength region is much larger than the transmittance in other wavelength regions. That's fine. Some of them may have “transmittance other than“ 1. ”Also, the transmittance is“ nearly zero ”, which is also an ideal state, and the transmittance in that wavelength region. May be much smaller than the transmittance in other wavelength regions, and some may have “non-zero” transmittance.

また、原色系および補色系の何れも、通過波長領域成分である可視光VL領域の内の所定色(原色もしくは補色)の波長領域成分を通過させるものであればよく、反射波長領域成分である赤外光IR領域を通過させるか否かすなわち赤外光IRに対する透過率は不問である。誘電体積層膜1によって赤外光IR成分をカットするからである。   In addition, both the primary color system and the complementary color system need only pass the wavelength region component of a predetermined color (primary color or complementary color) in the visible light VL region, which is a transmission wavelength region component, and are reflected wavelength region components. It does not matter whether the infrared light IR region is transmitted, that is, the transmittance for the infrared light IR. This is because the infrared light IR component is cut by the dielectric laminated film 1.

たとえば、図3に示すように、4つの画素(セル)でなる単位画素マトリクス12の内、1つの画素12IR上だけに誘電体積層膜1を形成せず、他の赤(R)、緑(G)、青(B)の3つの色別の画素12R,12G,12B上に誘電体積層膜1を形成しつつ、それぞれ対応する赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色フィルタ14R,14G,14Bを設ける。   For example, as shown in FIG. 3, the dielectric multilayer film 1 is not formed only on one pixel 12IR in a unit pixel matrix 12 composed of four pixels (cells), and other red (R), green ( While forming the dielectric laminated film 1 on the pixels 12R, 12G, and 12B for the three colors G) and blue (B), the corresponding red (R), green (G), and blue (B) 3 Primary color filters 14R, 14G, and 14B are provided.

また、感度を高くするために、図3に示すように、誘電体積層膜1を形成しなかった画素12IRにおいて、赤外光IRだけでなく可視光VLも同時に信号に寄与するように色フィルタ14Cを入れない。こうすることで、実質的に、赤外光用の画素12IRを、赤外光IR用のみでなく、赤外光IR用と可視光VL用を兼ねる画素として機能させることができる。   Further, in order to increase sensitivity, as shown in FIG. 3, in the pixel 12IR in which the dielectric laminated film 1 is not formed, the color filter so that not only the infrared light IR but also the visible light VL simultaneously contributes to the signal. Do not put 14C. By doing so, the infrared light pixel 12IR can substantially function as a pixel that serves not only for the infrared light IR but also for the infrared light IR and the visible light VL.

とりわけ、4つの画素でなる単位画素マトリクス12を、このように画素12R,12G,12B,12IRに分割することで、撮像素子(分光イメージセンサ11)全体の構成が隙間なく配置できるので、設計が容易になる。   In particular, by dividing the unit pixel matrix 12 composed of four pixels into the pixels 12R, 12G, 12B, and 12IR in this way, the entire configuration of the image sensor (spectral image sensor 11) can be arranged without any gap, so that the design can be improved. It becomes easy.

このようにすることで、3つの画素12R,12G,12Bから得られる赤(R)、緑(G)、青(B)の各色成分に基づいて1つの画像を合成することで、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのカラー画像(いわゆる通常のカラー画像)が得られ、同時に画素12IRから得られる赤外光IRと可視光VLを混在させた成分に基づき、赤外光IRに関わる像を撮像することが可能になる。   In this way, by combining one image based on each color component of red (R), green (G), and blue (B) obtained from the three pixels 12R, 12G, and 12B, infrared light can be synthesized. A color image of visible light VL that is almost unaffected by IR (so-called normal color image) is obtained, and at the same time, infrared light based on a component that mixes infrared light IR and visible light VL obtained from the pixel 12IR. It is possible to take images related to IR.

ここで、“赤外光IRに関わる像”とは、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの像や赤外光IRと可視光VLとを混在させた像を意味する。図3に示す構成で可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの像を得るには、たとえば、画素12IRから得られる赤外光IRと可視光VLを混在させた成分と、3つの画素12R,12G,12Bから得られる赤(R)、緑(G)、青(B)の各色成分との差を取るとよい。後述するような緑色フィルタ14Gや黒色フィルタ14BKを設けなくても、可視光VLおよび赤外光IRを受光する画素12IRの出力から、3つの画素12R,12G,12Bで得られる青、赤、緑の強度を減じることで、赤外光IRの強度を求めることができるからである。   Here, “image related to infrared light IR” means an image of only infrared light IR that is not substantially affected by visible light VL, or an image in which infrared light IR and visible light VL are mixed. . In order to obtain an image of only the infrared light IR that is hardly affected by the visible light VL with the configuration shown in FIG. 3, for example, a component in which the infrared light IR obtained from the pixel 12IR and the visible light VL are mixed, It is preferable to take a difference from each color component of red (R), green (G), and blue (B) obtained from the three pixels 12R, 12G, and 12B. Even without providing a green filter 14G or a black filter 14BK, which will be described later, blue, red, and green obtained from the output of the pixel 12IR that receives visible light VL and infrared light IR by the three pixels 12R, 12G, and 12B. This is because the intensity of the infrared light IR can be obtained by reducing the intensity of.

なお、光通信応用や赤外発光点を追跡することで位置検出するような応用など、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRだけの像を同時に撮像する応用を考えた場合、画素12IR上に、少なくとも反射波長領域成分である赤外光IRを通過させるとともに、通過波長領域成分である可視光VLの内の所定の波長成分を通過させる色フィルタ14Cを入れてもよい。   In addition, when considering applications such as optical communication applications and applications that detect the position by tracking infrared emission points, such as applications that simultaneously capture infrared IR images that are not substantially affected by visible light VL, On the pixel 12IR, a color filter 14C that transmits at least the infrared light IR that is the reflected wavelength region component and the predetermined wavelength component of the visible light VL that is the transmitted wavelength region component may be inserted.

たとえば、色フィルタ14Cとして、赤外光IRと緑色光Gとを通過させる緑色フィルタ14Gを設けることで、画素12IRからは赤外光IRと緑色の可視光LGの混在の成分が得られるが、画素12Gから得られる可視光VLだけの緑色成分との差分を取ることで、可視光VL(ここでは緑色光G)の影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの像が得られる。緑色フィルタ14Gを設ける必要があるものの、緑色フィルタ14Gを設けずに3つの画素12R,12G,12Bで得られる青、赤、緑の強度を減じる場合よりも処理が簡易になる。   For example, by providing a green filter 14G that transmits infrared light IR and green light G as the color filter 14C, a mixed component of infrared light IR and green visible light LG can be obtained from the pixel 12IR. By taking the difference from the green component of only the visible light VL obtained from the pixel 12G, an image of only the infrared light IR that is hardly affected by the visible light VL (here, the green light G) is obtained. Although it is necessary to provide the green filter 14G, the process becomes simpler than the case of reducing the blue, red, and green intensities obtained by the three pixels 12R, 12G, and 12B without providing the green filter 14G.

または、色フィルタ14Cとして、赤外光IRを通過させ可視光VLのみを吸収するような黒色フィルタ14BKを設けると、可視光VLをこの黒色フィルタ14BKで吸収させることで、画素12IRからは赤外光IRのみの成分が得られ、差分処理を行なわなくても、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの像が得られることになる。   Alternatively, when the black filter 14BK that passes the infrared light IR and absorbs only the visible light VL is provided as the color filter 14C, the visible light VL is absorbed by the black filter 14BK, so that the infrared light is transmitted from the pixel 12IR. A component of only the light IR is obtained, and an image of only the infrared light IR that is hardly affected by the visible light VL can be obtained without performing the difference processing.

なお、現状一般的に用いられるR,G,Bの各色フィルタは、可視光帯内では、R,G,Bの各々に対して透過率が高くその他の色(たとえばRであればGやB)の透過率が低いが、可視光帯外の透過率に関しては規定外であり、通常、その他の色(たとえばRであればGやB)の透過率よりも高く、たとえば各フィルタともに赤外領域に感度を持ち、赤外領域において光の透過がある。しかしながら、本実施形態では、このような可視光帯外で透過率が高い特性であっても、影響を受けない。   It should be noted that R, G, and B color filters that are generally used at present are highly transmissive with respect to each of R, G, and B in the visible light band, for example, other colors (for example, G and B for R). ) Is low, but the transmittance outside the visible light band is not specified, and is usually higher than the transmittance of other colors (for example, G or B for R). It has sensitivity in the region and has light transmission in the infrared region. However, in this embodiment, even such a characteristic having a high transmittance outside the visible light band is not affected.

<<誘電体積層膜の設計手法;赤外光カットの例>>
<厚みdjの設計手法>
図4〜図6は、誘電体積層膜1を設計する手法の基本概念を説明する図である。ここでは、誘電体積層膜1を、基本的な第1および第2の層材で構成しつつ、赤外光IRを選択的に反射させるような設計例を述べる。
<< Design method of dielectric laminated film; Infrared light cut example >>
<Design method of thickness dj>
4-6 is a figure explaining the basic concept of the method of designing the dielectric laminated film 1. FIG. Here, a design example will be described in which the dielectric laminated film 1 is composed of basic first and second layer materials and selectively reflects infrared light IR.

図4にその構造図を示すように、本実施形態で用いる誘電体積層膜1は、両側(以下、光入射側を第0層、反対側を第k層と称する)の厚い酸化シリコンSiO2(以下SiO2と記す)に挟まれて、第1および第2の層材でなる複数の誘電体層1_jが積層されて構成されている。図示した例では、誘電体層1_jをなす第1および第2の層材として何れも一般的な材料を用いることとし、シリコンナイトライドSi34(以下SiNと記す)を第1の層材、酸化シリコンSiO2を第2の層材とする2種を用いて、これらを交互に積層している。また、誘電体積層膜1の構造は、上下に十分に厚い酸化シリコンSiO2層がある場合(d0=dk=∞)を仮定している。 As shown in the structural diagram of FIG. 4, the dielectric laminated film 1 used in the present embodiment has thick silicon oxide SiO 2 on both sides (hereinafter, the light incident side is referred to as the 0th layer and the opposite side is referred to as the kth layer). A plurality of dielectric layers 1_j made of first and second layer materials are stacked between each other (hereinafter referred to as SiO2). In the illustrated example, a general material is used for both the first and second layer materials forming the dielectric layer 1_j, and silicon nitride Si 3 N 4 (hereinafter referred to as SiN) is used as the first layer material. These are alternately laminated by using two kinds of silicon oxide SiO2 as the second layer material. In addition, the structure of the dielectric laminated film 1 assumes that there are sufficiently thick silicon oxide SiO2 layers above and below (d0 = dk = ∞).

このような誘電体積層膜1は、下記式(1)の条件を満たすことで、反射率を有効に高くすることができる。   Such a dielectric laminated film 1 can effectively increase the reflectance by satisfying the condition of the following formula (1).

ここでdj(jは層番号;以下同様)は、誘電体積層膜1を構成する各誘電体層1_jの厚みであり、njは、その各誘電体層1_jの屈折率であり、λ0は反射波長領域の中心波長(以下反射中心波長という)である。   Here, dj (j is the layer number; hereinafter the same) is the thickness of each dielectric layer 1_j constituting the dielectric multilayer film 1, nj is the refractive index of each dielectric layer 1_j, and λ0 is the reflection The center wavelength in the wavelength region (hereinafter referred to as the reflection center wavelength).

誘電体積層膜1をなす各誘電体層1_jの層数の数え方は、その両側の厚い酸化シリコンSiO2を層数として数えずに、たとえば、第1層目から第k層側に向けて順に、SiN層/SiO2層/SiN層で3層、SiN層/SiO2層/SiN層/SiO2層/SiN層で5層というように数える。図4では、7層構造を示している。   The number of layers of each dielectric layer 1_j constituting the dielectric laminated film 1 is counted, for example, in order from the first layer to the k-th layer side without counting the thick silicon oxide SiO2 on both sides as the number of layers. , SiN layer / SiO 2 layer / SiN layer 3 layers, SiN layer / SiO 2 layer / SiN layer / SiO 2 layer / SiN layer 5 layers. FIG. 4 shows a seven-layer structure.

また、反射波長領域である赤外光IRの反射中心波長λ0=900nmとして、奇数番目の層をなすシリコンナイトライドSiNの屈折率nα=2.03、0番目、偶数番目、およびk番目の層をなす酸化シリコンSiO2の屈折率nβ=1.46としており、屈折率差Δnは、0.57である。   Further, the refractive index nα = 2.03 of the silicon nitride SiN forming the odd-numbered layer, the zeroth-numbered, even-numbered and k-th layers, with the reflection center wavelength λ0 = 900 nm of the infrared light IR being the reflection wavelength region. The refractive index nβ = 1.46 of the silicon oxide SiO2 forming the refractive index difference Δn is 0.57.

また、上記式(1)に従い、シリコンナイトライドSiNの厚みdα(=d1,d3,…;j=奇数)は111nm、酸化シリコンSiO2層の厚みdβ(=d2,d4,…;j=偶数)は154nmとしている。   Further, according to the above formula (1), the silicon nitride SiN thickness dα (= d1, d3,..., J = odd) is 111 nm, and the silicon oxide SiO2 layer thickness dβ (= d2, d4,..., J = even). Is 154 nm.

図5は、一般的な材料を用いた図4の構造について、層数を変えて、有効フレネル係数法で計算した反射率Rの結果(反射スペクトル図)を示し、これにより、反射スペクトルの層数依存特性が分かる。   FIG. 5 shows the result (reflection spectrum diagram) of the reflectance R calculated by the effective Fresnel coefficient method for the structure of FIG. 4 using a general material while changing the number of layers. You can see the number dependent properties.

図5の結果から、層数が増えるに従い、赤外光IRの反射中心波長λ0=900nmを中心に反射率Rが高くなっているのが分かる。さらに、このように波長900nmを反射中心波長λ0に選ぶことで、ほぼ赤外光IRと可視光VLを分けていることが分かる。ここでは、5層以上にすることで、反射率Rが0.5以上、特に、7層以上にすることで、反射率が0.7を超えて望ましいことが分かる。   From the results of FIG. 5, it can be seen that as the number of layers increases, the reflectance R increases with the reflection center wavelength λ0 = 900 nm of the infrared light IR as the center. Furthermore, it can be seen that the infrared light IR and the visible light VL are substantially separated by selecting the wavelength 900 nm as the reflection center wavelength λ0 in this way. Here, it can be seen that the reflectivity R is 0.5 or more by using 5 layers or more, and particularly the reflectivity exceeds 0.7 by using 7 layers or more.

図6は、誘電体層1_jの厚みの変動依存性(ばらつきとの関係)を説明する図である。ここでは、7層の場合を例に、各誘電体層1_jの厚みdjを±10%変えて計算した結果(反射スペクトル図)を示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating the variation dependency (relationship with variation) of the thickness of the dielectric layer 1_j. Here, the result (reflection spectrum diagram) calculated by changing the thickness dj of each dielectric layer 1_j by ± 10% is shown by taking the case of seven layers as an example.

条件式(1)は、フレネル係数法による理想的な計算値であるが、実際には式(1)の条件はゆるやかで幅がある。たとえば、±10%の厚みdjの誤差があっても有効に反射率を高くできることがフレネル係数法による計算で分かった。   Conditional expression (1) is an ideal calculated value by the Fresnel coefficient method, but in reality, the condition of expression (1) is gentle and wide. For example, it has been found by calculation using the Fresnel coefficient method that the reflectivity can be effectively increased even if there is an error in the thickness dj of ± 10%.

たとえば、図6に示すように、厚みdjにばらつきの差があっても、有効に反射率Rを高くできることが分かった。たとえば、赤外光IRの反射中心波長λ0=900nmにおいて反射率Rが0.5以上という十分な反射率Rが得られているし、赤外光IR全体(主に780nmより長波長側)においても、反射が強いことが分かる。したがって、実際には、ばらつきも加味すれば、誘電体層1_jの厚みdjは、下記式(2)の範囲であれば、反射率を有効に高くする上で、十分な効果が得られることになる。   For example, as shown in FIG. 6, it has been found that the reflectance R can be effectively increased even if the thickness dj varies. For example, a sufficient reflectance R of 0.5 or more is obtained at the reflection center wavelength λ0 = 900 nm of the infrared light IR, and the entire infrared light IR (mainly longer wavelength side than 780 nm) is obtained. However, it turns out that reflection is strong. Therefore, in practice, if the thickness dj of the dielectric layer 1_j is in the range of the following formula (2), taking into account variations, a sufficient effect can be obtained in effectively increasing the reflectance. Become.

<反射中心波長λ0の設計手法>
図7〜図9は、反射中心波長λ0の条件を説明する図である。厚みdjの数値条件は、スペクトルの赤外反射領域のバンド幅ΔλIRに依存する。反射スペクトルの概念を示した図7(A)のように、赤外反射領域のバンド幅ΔλIRが広い場合には長波長側に中心波長λ0を持っていかないと可視光VLでの反射が顕著になる。また反射スペクトルの概念を示した図7(B)のように、逆に赤外反射領域のバンド幅ΔλIRが狭い場合には、短波長側に中心波長λ0を持っていかないと可視光VLに近い赤外領域での反射が起こらなくなる。
<Design method of reflection center wavelength λ0>
7 to 9 are diagrams for explaining conditions of the reflection center wavelength λ0. The numerical condition of the thickness dj depends on the bandwidth ΔλIR of the infrared reflection region of the spectrum. As shown in FIG. 7A showing the concept of the reflection spectrum, when the bandwidth ΔλIR of the infrared reflection region is wide, reflection with visible light VL is remarkable unless the center wavelength λ0 is provided on the long wavelength side. Become. On the contrary, as shown in FIG. 7B showing the concept of the reflection spectrum, when the bandwidth ΔλIR of the infrared reflection region is narrow, it is close to the visible light VL unless the center wavelength λ0 is provided on the short wavelength side. Reflection in the infrared region does not occur.

ところで図#2−1に示したシリコンSiの吸収スペクトルのグラフから、赤外領域の内、0.78μm≦λ≦0.95μmの範囲の赤外光IRを反射させれば、赤外カット効果として十分になることが分かる。これは、波長0.95μmより長波長側の光は殆どシリコンSi内部で吸収されず、光電変換されないからである。したがって0.78μm≦λ≦0.95μmの範囲の波長の赤外光IRを反射できるように反射中心波長λ0を選べばよいことになる。   By the way, if the infrared light IR in the range of 0.78 μm ≦ λ ≦ 0.95 μm is reflected in the infrared region from the graph of the absorption spectrum of silicon Si shown in FIG. As you can see it will be enough. This is because light having a wavelength longer than the wavelength of 0.95 μm is hardly absorbed inside the silicon Si and is not photoelectrically converted. Therefore, the reflection center wavelength λ0 may be selected so that infrared light IR having a wavelength in the range of 0.78 μm ≦ λ ≦ 0.95 μm can be reflected.

また、可視光VLでも、赤(R)領域の内、640〜780nmの範囲の光は視感度が低いために反射されてもされなくても特に撮像素子の性能に影響はないと考えてよい。したがって640〜780nmの波長領域に反射が生じていても不都合がない。   Further, even in the visible light VL, it may be considered that the light in the range of 640 to 780 nm in the red (R) region does not particularly affect the performance of the image sensor even if it is reflected or not because of low visibility. . Therefore, there is no problem even if reflection occurs in the wavelength region of 640 to 780 nm.

さらに、赤外反射領域のバンド幅ΔλIRは、誘電体積層膜1の屈折率差Δnが大きいときには広くなり、逆に屈折率差Δnが小さいときには狭くなる。したがって、赤外反射領域のバンド幅λIRは、SiN/SiO2多層膜の場合には狭く、Si/SiO2多層膜の場合には広くなる。   Further, the bandwidth ΔλIR of the infrared reflection region becomes wider when the refractive index difference Δn of the dielectric laminated film 1 is large, and conversely becomes narrower when the refractive index difference Δn is small. Therefore, the bandwidth λIR of the infrared reflection region is narrow in the case of the SiN / SiO 2 multilayer film and wide in the case of the Si / SiO 2 multilayer film.

これらのことから、SiN/SiO2多層膜(屈折率差Δn=0.57)の場合には、図8の反射スペクトル図に示す780nmと950nmの反射中心波長λ0の計算から、780nm≦λ0≦950nmの範囲であれば、ほぼ上述の条件を満たすことが分かる。ところで、図8は後述する図13のような積層構造で、λ0=780nmとλ0=950nmになるように、誘電体層1_jの膜厚djだけを変えて計算されたものである。   From these facts, in the case of a SiN / SiO 2 multilayer film (refractive index difference Δn = 0.57), 780 nm ≦ λ0 ≦ 950 nm is calculated from the reflection center wavelengths λ0 of 780 nm and 950 nm shown in the reflection spectrum diagram of FIG. If it is in the range, it can be seen that the above-mentioned conditions are substantially satisfied. Incidentally, FIG. 8 has a laminated structure as shown in FIG. 13 described later, and is calculated by changing only the film thickness dj of the dielectric layer 1_j so that λ0 = 780 nm and λ0 = 950 nm.

また同様に、Si/SiO2多層膜(屈折率差Δn=2.64)の場合、図9の反射スペクトル図に示すように900nm≦λ0≦1100nmの範囲であれば、ほぼ上述の条件を満たす。   Similarly, in the case of a Si / SiO 2 multilayer film (refractive index difference Δn = 2.64), as shown in the reflection spectrum diagram of FIG. 9, the above condition is substantially satisfied if it is in the range of 900 nm ≦ λ0 ≦ 1100 nm.

以上のことから、シリコンナイトライドSiNやシリコンSiと酸化シリコンSiO2の組合せにおいては、反射中心波長λ0としては、下記式(3−1)を満たせばよいことになる。好ましくは、下記式(3−2)を満たすのがよい。これらは、900nm近傍を反射中心波長λ0とするのが理想的であることを意味する。   From the above, in the combination of silicon nitride SiN or silicon Si and silicon oxide SiO2, the following formula (3-1) should be satisfied as the reflection center wavelength λ0. Preferably, the following formula (3-2) is satisfied. These mean that it is ideal that the vicinity of 900 nm be the reflection center wavelength λ0.

もちろん、上記で示した材料は一例に過ぎず、上述のような効果は必ずしも酸化シリコンSiO2とシリコンナイトライドSiN層の組み合わせに限ったことでなく、屈折率差が0.3以上、さらに望ましくは0.5以上あるような材料を選べば同様な効果があることが計算によって見積もられた。   Of course, the materials shown above are only examples, and the effects as described above are not necessarily limited to the combination of silicon oxide SiO2 and silicon nitride SiN layer, and the refractive index difference is 0.3 or more, more preferably It was estimated by calculation that a similar effect can be obtained by selecting a material having 0.5 or more.

たとえばSiN膜は、作製条件によって多少の組成のばらつきがあってもよい。また、誘電体積層膜1を構成する誘電体層1_jとしては、酸化シリコンSiO2やシリコンナイトライドSiNの他に、アルミナAl23やジルコニアZrO2(屈折率2.05)や酸化チタンTiO2(屈折率2.3〜2.55)や酸化マグネシウムMgOや酸化亜鉛ZnO(屈折率2.1)などの酸化物あるいはポリカーボネートPC(屈折率1.58)やアクリル樹脂PMMA(屈折率1.49)などの高分子材料、炭化珪素SiC(屈折率2.65)やゲルマニウムGe(屈折率4〜5.5)などの半導体材料も使用可能である。 For example, the composition of the SiN film may vary slightly depending on the manufacturing conditions. Further, as the dielectric layer 1_j constituting the dielectric laminated film 1, alumina Al 2 O 3 , zirconia ZrO 2 (refractive index 2.05), titanium oxide TiO 2 in addition to silicon oxide SiO 2 and silicon nitride SiN. (Refractive index 2.3 to 2.55), oxides such as magnesium oxide MgO and zinc oxide ZnO (refractive index 2.1), polycarbonate PC (refractive index 1.58), and acrylic resin PMMA (refractive index 1.49). ) And other semiconductor materials such as silicon carbide SiC (refractive index 2.65) and germanium Ge (refractive index 4 to 5.5) can also be used.

高分子材料を用いることで、従来のガラス製にはない特徴を持った光学フィルタを構成することができる。すなわち、プラスチック製にすることができ、軽量で耐久性(高温、高湿、衝撃)に優れる。   By using a polymer material, an optical filter having characteristics not found in conventional glass can be configured. That is, it can be made of plastic and is lightweight and excellent in durability (high temperature, high humidity, impact).

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第1実施形態>>
図10〜図14は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11の第1実施形態を説明する図である。第1実施形態は、誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサの基本的な設計手法を用いて構成されるものである。ここでは、赤外光IRを選択的に反射させるような誘電体積層膜1を利用することで、赤外光IRをカットして可視光VL成分を受光するようにした分光イメージセンサ11の設計例を述べる。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; First Embodiment >>
10 to 14 are diagrams for explaining a first embodiment of a spectral image sensor 11 that uses the dielectric laminated film 1 and supports single wavelength demultiplexing. The first embodiment is configured using a basic design method of a demultiplexing image sensor using a dielectric laminated film. Here, the spectral image sensor 11 is designed to receive the visible light VL component by cutting the infrared light IR by using the dielectric laminated film 1 that selectively reflects the infrared light IR. An example is given.

図4〜図6を用いて説明した誘電体積層膜1をシリコン(Si)フォトディテクタなどの検知素子が形成された屈折率が誘電体積層膜1をなす各誘電体層1_jよりも大きい半導体素子層上に作製するに当たっては、半導体素子層から誘電体積層膜1までの距離、すなわち第k層の誘電体層1_kをなす酸化シリコンSiO2層の厚みdkが重要である。   4 to 6 is a semiconductor element layer in which the refractive index of the sensing element such as a silicon (Si) photodetector formed on the dielectric laminated film 1 is larger than each dielectric layer 1_j forming the dielectric laminated film 1 In manufacturing the above, the distance from the semiconductor element layer to the dielectric laminated film 1, that is, the thickness dk of the silicon oxide SiO2 layer forming the kth dielectric layer 1_k is important.

これは図10の構造図に示すように、たとえばシリコンSi(屈折率4.1)でなる半導体素子層(フォトディテクタなど)の表面であるシリコン基板1_ωの表面からの反射光L4との干渉効果によって、トータルな反射光LRtotal のスペクトルが変化することを意味する。   As shown in the structural diagram of FIG. 10, this is due to an interference effect with the reflected light L4 from the surface of the silicon substrate 1_ω, which is the surface of a semiconductor element layer (photodetector, etc.) made of silicon Si (refractive index 4.1), for example. This means that the spectrum of the total reflected light LRtotal changes.

図11は、トータルな反射光LRtotal の、誘電体層1_kをなす酸化シリコンSiO2層の厚みdkの変動依存性を説明する反射スペクトル図である。ここでは、図4に示した7層構造の誘電体積層膜1について、誘電体層1_kの厚みdkを変えて計算した結果を示している。図11内の各図において、横軸は波長λ(μm)で、縦軸は反射率Rである。   FIG. 11 is a reflection spectrum diagram for explaining the dependence of the total reflected light LRtotal on the variation of the thickness dk of the silicon oxide SiO2 layer forming the dielectric layer 1_k. Here, the calculation result of the dielectric multilayer film 1 having the seven-layer structure shown in FIG. 4 while changing the thickness dk of the dielectric layer 1_k is shown. In each figure in FIG. 11, the horizontal axis is the wavelength λ (μm), and the vertical axis is the reflectance R.

図11内の各図から分かるように、厚みdk=0.154μmのとき、すなわち赤外光IRの反射中心波長λ0に対して、条件式(1)を満たす値のときに、反射スペクトルは殆ど影響を受けず、赤外光IR(波長λ≧780nm)を強く反射していることが分かる。それに対して厚みdk=0.3〜50μmまでのスペクトルには、厚みdk=∞の反射スペクトルに比べて別の振動が生じていることが分かる。それによって赤外での反射がディップ状に低下している波長域が存在するのが分かる。   As can be seen from each diagram in FIG. 11, when the thickness is dk = 0.154 μm, that is, when the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is a value satisfying the conditional expression (1), the reflection spectrum is almost the same. It can be seen that infrared light IR (wavelength λ ≧ 780 nm) is strongly reflected without being affected. On the other hand, it can be seen that another vibration occurs in the spectrum of thickness dk = 0.3 to 50 μm, compared to the reflection spectrum of thickness dk = ∞. As a result, it can be seen that there is a wavelength region in which the reflection in the infrared is dip-shaped.

ただし、厚みdk=2.5μm以上になると、赤外でのディップの半値幅が30nm以下になり、とりわけ厚みdk=5.0μm以上になるとその半値幅が20nm以下となり、一般的なブロードな自然光に対して十分に半値幅が狭くなるので平均化された反射率となる。さらに、厚みdk=0.3〜1.0μmのスペクトルに関しては、可視光VLでの反射率が高いことも分かる。これらのことから、望ましくは、厚みdk=0.154μm付近、すなわち条件式(1)を満たす値のときが最適であると言える。   However, when the thickness dk = 2.5 μm or more, the half width of the infrared dip becomes 30 nm or less, and particularly when the thickness dk = 5.0 μm or more, the half width becomes 20 nm or less. On the other hand, since the half width is sufficiently narrowed, the averaged reflectance is obtained. Furthermore, it can also be seen that the reflectance with visible light VL is high with respect to a spectrum having a thickness dk = 0.3 to 1.0 μm. From these facts, it can be said that the thickness dk = 0.154 μm, that is, the value satisfying the conditional expression (1) is optimal.

図12は、誘電体層1_kをなす酸化シリコンSiO2層の厚みdkの変動依存性を説明する反射スペクトル図であって、特に、厚みdk=0.154μm付近で、厚みdkの値を変えて計算した結果を示すものである。図12内の各図において、横軸は波長λ(μm)で、縦軸は反射率Rである。   FIG. 12 is a reflection spectrum diagram illustrating the variation dependency of the thickness dk of the silicon oxide SiO2 layer forming the dielectric layer 1_k, and is calculated by changing the value of the thickness dk, particularly in the vicinity of the thickness dk = 0.154 μm. The results are shown. In each figure in FIG. 12, the horizontal axis is the wavelength λ (μm), and the vertical axis is the reflectance R.

この結果から分かるように、条件式(1)を満たす厚みdk=0.154μmを中心として、厚みdk=0.14〜0.16μmの範囲であれば、可視光VLでの反射が抑えられることが分かる。   As can be seen from this result, reflection with visible light VL can be suppressed if the thickness dk = 0.154 to 0.16 μm with the thickness dk = 0.154 μm satisfying the conditional expression (1) as the center. I understand.

以上のことから、分光イメージセンサ11の最適構造は、図13の構造図に示すように、実質的には、第k層の誘電体層1_kを含めて8層構造の誘電体積層膜1Aを有するものとなり、その反射スペクトルの計算結果は図14に示す反射スペクトル図のようになる。言い換えると、誘電体積層膜1Aは、シリコン基板1_ω上に、第2の層材である酸化シリコンSiO2でなる層を4周期分設けた構造をなしている。   From the above, the optimum structure of the spectroscopic image sensor 11 is, as shown in the structural diagram of FIG. 13, substantially the dielectric layered film 1A having an eight-layer structure including the kth dielectric layer 1_k. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in the reflection spectrum diagram of FIG. In other words, the dielectric laminated film 1A has a structure in which a layer made of silicon oxide SiO2 that is the second layer material is provided for four periods on the silicon substrate 1_ω.

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第2実施形態>>
図15〜図18は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11の第2実施形態を説明する図である。第2実施形態は、第1実施形態の設計手法の変形例(その1)を適用して構成されるものであり、図10〜図14にて説明した手法を基本として、可視光領域内における反射を低減するように変形したものである。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; Second Embodiment >>
FIGS. 15 to 18 are diagrams illustrating a second embodiment of the spectral image sensor 11 that supports single wavelength demultiplexing using the dielectric laminated film 1. The second embodiment is configured by applying a modification (No. 1) of the design method of the first embodiment, and is based on the method described in FIGS. 10 to 14 in the visible light region. It is modified so as to reduce reflection.

変形例(その1)は、第k層目の誘電体層1_kとシリコン基板1_ωとの間に、第k層目の誘電体層1_kの屈折率nkとシリコン基板1_ωの屈折率nω(=4.1)に対して中間的な屈折率をもつ第3の層材を追加した点に特徴を有する。   In the first modification, the refractive index nk of the kth dielectric layer 1_k and the refractive index nω of the silicon substrate 1_ω (= 4) are provided between the kth dielectric layer 1_k and the silicon substrate 1_ω. .1) is characterized in that a third layer material having an intermediate refractive index is added.

またこの変形に対応して、誘電体積層膜1の第1層目から第7層目の定数設計に際して、赤外光IRの反射中心波長λ0を900nmではなくより低い側の852nmに変更しており、シリコンナイトライドSiNの厚みdα(=d1,d3,…;j=奇数)は105nm、酸化シリコンSiO2層の厚みdβ(=d2,d4,…;j=偶数)は146nmとしている。これは、薄いSiN層(30nm)を新たに挿入することで可視光での反射率が減少するとともに同時に可視光と赤外光の境界780nm付近の反射率も低下するので、全体を短波長側にシフトさせてこの低下分を補うため、すなわち境界付近の赤外を効率よくカットするためである。もちろん、赤外光IRの反射中心波長λ0を900nmにしたままとしてもよい。   Corresponding to this deformation, in the constant design of the first to seventh layers of the dielectric laminated film 1, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is changed to 852 nm on the lower side instead of 900 nm. The thickness dα (= d1, d3,..., J = odd) of silicon nitride SiN is 105 nm, and the thickness dβ (= d2, d4,..., J = even) of the silicon oxide SiO2 layer is 146 nm. This is because the reflectance of visible light is reduced by newly inserting a thin SiN layer (30 nm), and at the same time, the reflectance near the boundary between visible light and infrared light is reduced to 780 nm. This is to compensate for this decrease by shifting to, that is, to efficiently cut infrared light near the boundary. Of course, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR may be kept at 900 nm.

具体的には、図15に示す第1の変形例の構造においては、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に厚みdγが比較的薄いシリコンナイトライドSiN層1_γを第3の層材として積層した構造をなしている。ここでは、厚みdγ=0.030μmとしている。その反射スペクトルの計算結果は図16に示すようになる。   Specifically, in the structure of the first modified example shown in FIG. 15, a third silicon nitride SiN layer 1_γ having a relatively thin thickness dγ is provided between the silicon oxide SiO2 of the kth layer and the silicon substrate 1_ω. It has a laminated structure as a layer material. Here, the thickness dγ = 0.030 μm. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in FIG.

なお、第1の変形例で追加した第3の層材は、第1の層材であるシリコンナイトライドSiNと同じであるが、シリコン基板1_ωよりも大きな屈折率を持つ部材であればよく、その他の部材であってもよい。   The third layer material added in the first modification is the same as the silicon nitride SiN that is the first layer material, but any member having a refractive index larger than that of the silicon substrate 1_ω may be used. Other members may be used.

第1例の変形例の誘電体積層膜1を有する分光イメージセンサ11は、実質的には、7層の誘電体積層膜1と、第k層の誘電体層1_k(酸化シリコンSiO2層)とシリコンナイトライドSiN層1_γの2層分を含めて、全体として9層構造の誘電体積層膜1Bを有するものとなる。   The spectral image sensor 11 having the dielectric multilayer film 1 of the modification of the first example is substantially composed of a seven-layer dielectric multilayer film 1, a k-th dielectric layer 1_k (silicon oxide SiO2 layer), and Including the two layers of the silicon nitride SiN layer 1_γ, the dielectric multilayer film 1B having a nine-layer structure as a whole is provided.

また、図17に示す第2の変形例の構造においては、第1の変形例で追加した第3の層材とシリコン基板1_ωとの間に、第3の層材よりも小さな屈折率をもつ第4の層材を積層した構造をなしている。具体的には、第3の層材である厚みdγのシリコンナイトライドSiN層1_γとシリコン基板1_ωとの間に、第4の層材として、酸化シリコンSiO2層1_δを用いて、その厚みdδ=0.010μmとしている。その反射スペクトルの計算結果は図18に示すようになる。   In the structure of the second modification example shown in FIG. 17, the third layer material added in the first modification example and the silicon substrate 1_ω have a refractive index smaller than that of the third layer material. The fourth layer material is laminated. Specifically, a silicon oxide SiO2 layer 1_δ is used as a fourth layer material between a silicon nitride SiN layer 1_γ having a thickness dγ and a silicon substrate 1_ω, and the thickness dδ = It is 0.010 μm. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in FIG.

なお、第2の変形例で追加した第4の層材は、第2の層材である酸化シリコンSiO2と同じであるが、第3の層材(本例ではシリコンナイトライドSiN)よりも小さな屈折率を持つ部材であればよく、その他の部材であってもよい。   The fourth layer material added in the second modification is the same as the second layer material, silicon oxide SiO2, but is smaller than the third layer material (silicon nitride SiN in this example). Any member having a refractive index may be used, and other members may be used.

第2例の変形例の誘電体積層膜1を有する分光イメージセンサ11は、実質的には、7層の誘電体積層膜1に、第k層の誘電体層1_k(酸化シリコンSiO2層)とシリコンナイトライドSiN層1_γと酸化シリコンSiO2層1_δの3層分を含めて、全体として10層構造の誘電体積層膜1Cを有するものとなる。言い換えると、誘電体積層膜1Cは、シリコン基板1_ω上に、第2の層材である酸化シリコンSiO2でなる層を5周期分設けた構造をなしている。   The spectral image sensor 11 having the dielectric multilayer film 1 according to the modification of the second example substantially includes a seven-layer dielectric multilayer film 1 and a k-th dielectric layer 1_k (silicon oxide SiO2 layer). A dielectric laminated film 1C having a 10-layer structure as a whole is provided, including three layers of the silicon nitride SiN layer 1_γ and the silicon oxide SiO2 layer 1_δ. In other words, the dielectric multilayer film 1C has a structure in which five layers of silicon oxide SiO2 that is the second layer material are provided on the silicon substrate 1_ω.

第1例と第2例とでは、酸化シリコンSiO2層1_δの有無の違いがあるが、図16および図18から分かるように、何れも、可視光VLでの反射率が十分に低下する。また、第2例のように、酸化シリコンSiO2層1_δを追加することで、暗電流を低減できる効果が得られる。なお、酸化シリコンSiO2層1_δを追加することで、シリコンナイトライドSiN層1_γを追加することによる効果が低減することのないように、両者の厚みの関係はdδ<<dγとするのがよい。   In the first example and the second example, there is a difference in the presence or absence of the silicon oxide SiO 2 layer 1_δ, but as can be seen from FIGS. 16 and 18, the reflectance with visible light VL is sufficiently lowered. Moreover, the effect which can reduce a dark current is acquired by adding silicon oxide SiO2 layer 1_delta like a 2nd example. It should be noted that the relationship between the thicknesses of both layers is preferably dδ << dγ so that the effect of adding the silicon nitride SiN layer 1_γ is not reduced by adding the silicon oxide SiO 2 layer 1_δ.

このように、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に、屈折率nk(=nSiO2)と屈折率nω(=nSi)に対して中間的な屈折率nγ(=nSiN)をもつ部材として薄いシリコンナイトライドSiN層1_γを中間層として追加することで、可視光VLでの反射を抑えることが可能となる。これは、以下のように考えると理解される。   In this way, an intermediate refractive index nγ (= nSiN) between the refractive index nk (= nSiO2) and the refractive index nω (= nSi) between the silicon oxide SiO2 of the kth layer and the silicon substrate 1_ω. By adding a thin silicon nitride SiN layer 1_γ as an intermediate layer as an intermediate member, reflection by visible light VL can be suppressed. This is understood when considered as follows.

まず、可視光VLの波長をλVL,その層の中間的な屈折率をNmでその層の厚みをdmとすると、条件式(1)と同様の低反射膜の理論から、条件式(4)が得られ、条件式(4)を満たすときに、十分な効果を示すことになる。   First, when the wavelength of visible light VL is λVL, the intermediate refractive index of the layer is Nm, and the thickness of the layer is dm, the conditional expression (4) is obtained from the theory of the low reflection film similar to the conditional expression (1). When the conditional expression (4) is satisfied, a sufficient effect is exhibited.

ここで、波長λVLは可視光VL全体を指すので、その波長域は式(5)で与えられる。   Here, since the wavelength λVL indicates the entire visible light VL, the wavelength range is given by Expression (5).

第1例および第2例の各変形例では、中間層としてシリコンナイトライドSiN層1_γを追加しており、屈折率nγ(=nSiN=Nm)であるから、波長域を示した式(5)は、中間層の厚みdmすなわちシリコンナイトライドSiN層1_γの厚みdγを示した式(6)のように変形できる。   In each modification of the first example and the second example, the silicon nitride SiN layer 1_γ is added as an intermediate layer, and the refractive index is nγ (= nSiN = Nm). Can be transformed as shown in the equation (6) showing the thickness dm of the intermediate layer, that is, the thickness dγ of the silicon nitride SiN layer 1 — γ.

中間層の厚みdmは、式(6)を満足することが理想的ではあるが、それよりも少し外れていてもよく、実験によれば、特に薄い方に対しては余裕があり、図16および図18から分かるように、一例としては、dm=30nmの場合でも効果があることを確認することができた。もちろん、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に中間層(第3の層材)を追加するということであるから、薄い方は0nmよりも大きい(0nmを含まない)ことはいうまでもない。つまり、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に中間層を追加するに際しては、その中間層の厚みdm,dγは、式(7)を満足すればよいことになる。   Although it is ideal that the thickness dm of the intermediate layer satisfies the expression (6), it may be slightly deviated from that, and according to an experiment, there is a margin especially for the thinner one. As can be seen from FIG. 18, as an example, it was confirmed that there was an effect even when dm = 30 nm. Of course, since an intermediate layer (third layer material) is added between the silicon oxide SiO2 of the kth layer and the silicon substrate 1_ω, the thinner one is larger than 0 nm (not including 0 nm). Needless to say. That is, when an intermediate layer is added between the kth silicon oxide SiO2 and the silicon substrate 1_ω, the thicknesses dm and dγ of the intermediate layer only need to satisfy Expression (7).

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第3実施形態>>
図19〜図24は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光フィルタ10および分光イメージセンサ11の第3実施形態を説明する図である。ここで、図19〜図22は、第3実施形態の分光フィルタ10を構成する誘電体積層膜1を説明する図であり、図23〜図24は、第3実施形態の誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11を説明する図である。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; Third Embodiment >>
FIGS. 19 to 24 are diagrams illustrating a third embodiment of the spectral filter 10 and the spectral image sensor 11 compatible with single wavelength demultiplexing using the dielectric laminated film 1. Here, FIGS. 19 to 22 are diagrams for explaining the dielectric multilayer film 1 constituting the spectral filter 10 of the third embodiment, and FIGS. 23 to 24 are diagrams of the dielectric multilayer film 1 of the third embodiment. It is a figure explaining the spectral image sensor 11 corresponding to a single wavelength demultiplexing using the.

第3実施形態は、第1実施形態の設計手法の変形例(その2)を適用して構成されるものであり、誘電体積層膜1をなす誘電体層1_jの層数を低減する点に特徴を有する。この層数低減に当たっては、誘電体積層膜1内において、この誘電体積層膜1を構成する基本的な第1および第2の層材よりも大きな屈折率をもつ部材(層材)を追加した点に特徴を有する。   The third embodiment is configured by applying a modification (No. 2) of the design method of the first embodiment, in that the number of dielectric layers 1_j forming the dielectric multilayer film 1 is reduced. Has characteristics. In reducing the number of layers, a member (layer material) having a refractive index larger than that of the basic first and second layer materials constituting the dielectric multilayer film 1 is added in the dielectric multilayer film 1. Characterized by points.

この大きな屈折率をもつ部材を追加するに当たっては、基本的な2つの層材の内の屈折率の大きい方を、さらに大きな屈折率をもつ第5の層材に代えるようにすればよい。この変形例(その2)の誘電体積層膜1は、実質的には、第5の層材1_ηを含めた構造の誘電体積層膜1Dとなる。言い換えると、誘電体積層膜1Dは、シリコン基板1_ω上に、第2の層材である酸化シリコンSiO2でなる層をN周期分設けた構造をなしている。   In adding this member having a large refractive index, the larger one of the basic two layer materials may be replaced with the fifth layer material having a larger refractive index. The dielectric laminated film 1 of this modified example (No. 2) is substantially a dielectric laminated film 1D having a structure including the fifth layer material 1_η. In other words, the dielectric multilayer film 1D has a structure in which a layer made of silicon oxide SiO2 that is the second layer material is provided for N periods on the silicon substrate 1_ω.

第5の層材の厚みdηに関しても、その屈折率をnηとしたとき、条件式(1)と同様の低反射膜の理論から、条件式(8)が得られ、条件式(8)を満たすときに、十分な効果を示すことになる。   Regarding the thickness dη of the fifth layer material, when the refractive index is nη, the conditional expression (8) is obtained from the theory of the low reflection film similar to the conditional expression (1), and the conditional expression (8) When satisfied, it will show a sufficient effect.

たとえば、図19の構造図に示す例では、シリコンナイトライドSiNおよび酸化シリコンSiO2よりも高い屈折率=4.1を持つ厚みdη=61nmのシリコンSi層を第5の層材として、シリコンナイトライドSiNに代えて1層だけ(中間の第3層目の誘電体層1_3に代えて)追加している。その反射スペクトルの計算結果は図20に示す反射スペクトル図のようになる。   For example, in the example shown in the structural diagram of FIG. 19, a silicon nitride layer having a refractive index = 4.1 higher than silicon nitride SiN and silicon oxide SiO 2 and having a thickness dη = 61 nm is used as the fifth layer material. Instead of SiN, only one layer is added (in place of the intermediate third dielectric layer 1_3). The calculation result of the reflection spectrum is as shown in the reflection spectrum diagram shown in FIG.

ここで、図22では、総層数が奇数の誘電体積層膜1の丁度真ん中の層をなすシリコンナイトライドSiNをシリコンSiに変更する場合において、その総層数を変えて計算した結果を示している。   Here, FIG. 22 shows the calculation result when the total number of layers is changed when the silicon nitride SiN forming the middle layer of the dielectric multilayer film 1 having an odd total number of layers is changed to silicon Si. ing.

なお、図19では、誘電体積層膜1の各層の定数設計に際して、赤外光IRの反射中心波長λ0を900nmではなく1000nmに変更しており、シリコンナイトライドSiNの厚みdα(=d1,d3,…;j=奇数)は123nm、酸化シリコンSiO2層の厚みdβ(=d2,d4,…;j=偶数)は171nmとしている。   In FIG. 19, in the constant design of each layer of the dielectric laminated film 1, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is changed to 1000 nm instead of 900 nm, and the thickness dα (= d1, d3) of the silicon nitride SiN is changed. ,...; J = odd) is 123 nm, and the thickness dβ (= d2, d4,...; J = even) of the silicon oxide SiO 2 layer is 171 nm.

また、図21の構造図に示す例では、誘電体積層膜1の各層の定数設計に際して、赤外光IRの反射中心波長λ0を900nmにしており、シリコンナイトライドSiNの厚みdα(=d1,d3,…;j=奇数)は111nm、酸化シリコンSiO2層の厚みdβ(=d2,d4,…;j=偶数)は154nmとし、厚みdη=55nmのシリコンSi層を第5の層材として、シリコンナイトライドSiNに代えて1層だけ追加している。その反射スペクトルの計算結果は図22に示す反射スペクトル図のようになる。   Further, in the example shown in the structural diagram of FIG. 21, in the constant design of each layer of the dielectric laminated film 1, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is set to 900 nm, and the thickness dα of silicon nitride SiN (= d1, .., j = odd) is 111 nm, the thickness dβ (= d2, d4,...; j = even) of the silicon oxide SiO 2 layer is 154 nm, and a silicon Si layer having a thickness dη = 55 nm is used as the fifth layer material. Instead of silicon nitride SiN, only one layer is added. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in the reflection spectrum diagram shown in FIG.

第2の変形例で追加した第5の層材は、半導体素子層をなすシリコン基板1_ωと同じであるが、誘電体積層膜1をなす第5の層材以外の誘電体層1_jよりも大きな屈折率を持つ部材であればよく、その他の部材であってもよい。   The fifth layer material added in the second modification is the same as the silicon substrate 1_ω that forms the semiconductor element layer, but is larger than the dielectric layer 1_j other than the fifth layer material that forms the dielectric multilayer film 1. Any member having a refractive index may be used, and other members may be used.

図20および図22に示に示す反射スペクトルの計算結果から分かるように、誘電体積層膜1をなす第5の層材以外の誘電体層1_jよりも大きな屈折率を持つ層材を追加することで、少ない層数で十分な反射率が得られるようになる。特に5層の場合、可視光VLでのバンド幅が十分に広く、可視光VLと赤外光IRを分けるには最適であることが分かる。   As can be seen from the calculation results of the reflection spectra shown in FIGS. 20 and 22, a layer material having a refractive index larger than that of the dielectric layer 1_j other than the fifth layer material forming the dielectric multilayer film 1 is added. Thus, sufficient reflectance can be obtained with a small number of layers. In particular, in the case of five layers, it can be seen that the bandwidth in the visible light VL is sufficiently wide and is optimal for separating the visible light VL and the infrared light IR.

第1実施形態における図10〜図12を用いて説明したことと同様に、誘電体積層膜1Dを半導体素子層(シリコン基板1_ω)上に作製するに当たっては、半導体素子層から誘電体積層膜1Dまでの距離、すなわち第k層の誘電体層1_kをなす酸化シリコンSiO2層の厚みdkが重要である。   As described with reference to FIGS. 10 to 12 in the first embodiment, when the dielectric multilayer film 1D is formed on the semiconductor element layer (silicon substrate 1_ω), the dielectric multilayer film 1D is formed from the semiconductor element layer. Distance, that is, the thickness dk of the silicon oxide SiO2 layer forming the kth dielectric layer 1_k is important.

これは図23の構造図に示すように、たとえばシリコンSi(屈折率4.1)でなる半導体素子層(フォトディテクタなど)の表面であるシリコン基板1_ωの表面からの反射光LRとの干渉効果によって、トータルな反射光LRtotal のスペクトルが変化することを意味する。   As shown in the structural diagram of FIG. 23, this is due to an interference effect with the reflected light LR from the surface of the silicon substrate 1_ω, which is the surface of a semiconductor element layer (such as a photodetector) made of silicon Si (refractive index 4.1), for example. This means that the spectrum of the total reflected light LRtotal changes.

図24は、図21に示した5層構造の誘電体積層膜1Dについて、トータルな反射光LRtotal の、誘電体層1_kをなす酸化シリコンSiO2層の厚みdkの変動依存性を説明する反射スペクトル図である。図24内の各図において、横軸は波長λ(μm)で、縦軸は反射率Rである。   FIG. 24 is a reflection spectrum diagram for explaining the dependence of the total reflected light LRtotal on the thickness dk of the silicon oxide SiO2 layer forming the dielectric layer 1_k in the five-layered dielectric laminated film 1D shown in FIG. It is. In each figure in FIG. 24, the horizontal axis is the wavelength λ (μm), and the vertical axis is the reflectance R.

図24内の各図から分かるように、厚みdk=0.15μmのとき、すなわち赤外光IRの反射中心波長λ0に対して、条件式(1)を満たす値dk=0.154μm近傍のときに、反射スペクトルは殆ど影響を受けず、赤外光IR(波長λ≧780nm)を強く反射していることが分かる。それに対して厚みdk=0.3〜50μmまでのスペクトルには、厚みdk=∞の反射スペクトルに比べて別の振動が生じていることが分かる。それによって赤外での反射がディップ状に低下している波長域が存在するのが分かる。このことは、第1実施形態における図11および図12を用いて説明したことと同様である。   As can be seen from each figure in FIG. 24, when the thickness dk = 0.15 μm, that is, when the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR satisfies the value dk = 0.154 μm that satisfies the conditional expression (1). Further, it can be seen that the reflection spectrum is hardly affected, and the infrared light IR (wavelength λ ≧ 780 nm) is strongly reflected. On the other hand, it can be seen that another vibration occurs in the spectrum of thickness dk = 0.3 to 50 μm, compared to the reflection spectrum of thickness dk = ∞. As a result, it can be seen that there is a wavelength region in which the reflection in the infrared is dip-shaped. This is the same as described with reference to FIGS. 11 and 12 in the first embodiment.

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第4実施形態>>
図25および図26は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11の第4実施形態を説明する図である。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; Fourth Embodiment >>
FIG. 25 and FIG. 26 are diagrams for explaining a fourth embodiment of the spectral image sensor 11 compatible with single wavelength demultiplexing using the dielectric laminated film 1.

第4実施形態は、誘電体積層膜1をなす誘電体層1_jの層数を低減するようにした第3実施形態に対する変形例であって、層数をさらに低減するようにした点に特徴を有する。具体的には、層数低減に当たって、誘電体積層膜1内において、この誘電体積層膜1を構成する基本的な第1および第2の層材よりも大きな屈折率をもつ複数の部材(層材)を追加した点に特徴を有する。この大きな屈折率をもつ複数の部材を追加するに当たっては、基本的な2つの層材の内の屈折率の大きい方を、さらに大きな屈折率をもつ第5の層材に代えるようにすればよい。この変形例の誘電体積層膜1は、実質的には、複数の第5の層材1_ηを含めた構造の誘電体積層膜1Eとなる。   The fourth embodiment is a modification of the third embodiment in which the number of dielectric layers 1_j forming the dielectric multilayer film 1 is reduced, and is characterized in that the number of layers is further reduced. Have. Specifically, in reducing the number of layers, a plurality of members (layers) having a refractive index larger than the basic first and second layer materials constituting the dielectric multilayer film 1 in the dielectric multilayer film 1. It is characterized by the addition of material. In adding a plurality of members having a large refractive index, the larger one of the basic two layer materials may be replaced with a fifth layer material having a larger refractive index. . The dielectric multilayer film 1 of this modification is substantially a dielectric multilayer film 1E having a structure including a plurality of fifth layer materials 1_η.

複数の第5の層材1_ηに関しては、第3実施形態と同様に、ベースとする誘電体積層膜1をなす第5の層材以外の誘電体層1_jよりも大きな屈折率を持つ部材であればよい。また複数の何れもが同じ部材であってもよいし、それぞれ異なる部材であってもよい。   The plurality of fifth layer materials 1_η may be members having a refractive index larger than that of the dielectric layer 1_j other than the fifth layer material forming the base dielectric multilayer film 1 as in the third embodiment. That's fine. Further, all of the plurality of members may be the same member or different members.

複数の第5の層材の厚みdηpに関しても、その屈折率をnηpとしたとき、条件式(1)と同様の低反射膜の理論から、条件式(9)が得られ、条件式(9)を満たすときに、十分な効果を示すことになる。   Regarding the thickness dηp of the plurality of fifth layer materials, when the refractive index is nηp, the conditional expression (9) is obtained from the theory of the low reflection film similar to the conditional expression (1), and the conditional expression (9 ) Will be fully effective.

たとえば、図25の構造図に示す例では、3層構造の誘電体積層膜1Eを構成するようにし、シリコンナイトライドSiNおよび酸化シリコンSiO2よりも高い屈折率=4.1を持つ厚みdη=61nmのシリコンSi層を第5の層材として、シリコンナイトライドSiNに代えて2層設けている。その反射スペクトルの計算結果は図26に示す反射スペクトル図のようになる。言い換えると、誘電体積層膜1Eは、シリコン基板1_ω上に、第2の層材である酸化シリコンSiO2でなる層を2周期分設けた構造をなしている。   For example, in the example shown in the structural diagram of FIG. 25, a dielectric laminated film 1E having a three-layer structure is formed, and a thickness dη = 61 nm having a refractive index = 4.1 higher than that of silicon nitride SiN and silicon oxide SiO2. Two layers of silicon Si layers are provided as a fifth layer material in place of silicon nitride SiN. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in the reflection spectrum diagram shown in FIG. In other words, the dielectric laminated film 1E has a structure in which a layer made of silicon oxide SiO2 that is the second layer material is provided for two periods on the silicon substrate 1_ω.

なお、誘電体積層膜1の各層の定数設計に際して、赤外光IRの反射中心波長λ0を1000nmにしており、第5の層材でなるシリコンSi層の厚みdη(=d1,d3)は61nm、酸化シリコンSiO2層の厚みdβ(=d2)およびdkは171nmとしている。   In the constant design of each layer of the dielectric laminated film 1, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is set to 1000 nm, and the thickness dη (= d1, d3) of the silicon Si layer as the fifth layer material is 61 nm. The thicknesses dβ (= d2) and dk of the silicon oxide SiO 2 layer are 171 nm.

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第5実施形態>>
図27および図28は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11の第5実施形態を説明する図である。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; Fifth Embodiment >>
FIGS. 27 and 28 are diagrams for explaining a fifth embodiment of the spectral image sensor 11 compatible with single wavelength demultiplexing using the dielectric laminated film 1.

第5実施形態は、第3あるいは第4実施形態の分光イメージセンサ11に対して、第2実施形態と同様に、可視光領域内における反射を低減するように変形したものである。   In the fifth embodiment, the spectral image sensor 11 of the third or fourth embodiment is modified so as to reduce reflection in the visible light region, as in the second embodiment.

図27の構造図に示す例では、図25に示した第4実施形態の誘電体積層膜1Eに対して、第k層目の誘電体層1_kとシリコン基板1_ωとの間に、第k層目の誘電体層1_kの屈折率nkとシリコン基板1_ωの屈折率nω(=4.1)に対して中間的な屈折率をもつ第3の層材を追加している。なお、第2実施形態とは異なり、赤外光IRの反射中心波長λ0を1000nmにしたままとしている。もちろん、第2実施形態と同様に、赤外光IRの反射中心波長λ0を1000nmではなくより低い側に変更してもよい。   In the example shown in the structural diagram of FIG. 27, with respect to the dielectric multilayer film 1E of the fourth embodiment shown in FIG. 25, the k-th layer is provided between the k-th dielectric layer 1_k and the silicon substrate 1_ω. A third layer material having an intermediate refractive index is added to the refractive index nk of the dielectric layer 1_k of the eye and the refractive index nω (= 4.1) of the silicon substrate 1_ω. Unlike the second embodiment, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR is kept at 1000 nm. Of course, as in the second embodiment, the reflection center wavelength λ0 of the infrared light IR may be changed to a lower side instead of 1000 nm.

具体的には、図27に示す構造においては、第2実施形態における第1の変形例と同様に、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に厚みdγが比較的薄いシリコンナイトライドSiN層1_γを第3の層材として積層した構造をなしている。ここでは、厚みdγ=0.030μmとしている。その反射スペクトルの計算結果は図28に示す反射スペクトル図のようになる。この変形例の誘電体積層膜1を有する分光イメージセンサ11は、実質的には、3層の誘電体積層膜1に、第k層の誘電体層1_k(酸化シリコンSiO2層)とシリコンナイトライドSiN層1_γの2層を含めて、全体として5層構造の誘電体積層膜1Fを有するものとなる。   Specifically, in the structure shown in FIG. 27, as in the first modification of the second embodiment, silicon having a relatively thin thickness dγ between the silicon oxide SiO2 in the k-th layer and the silicon substrate 1_ω. The nitride SiN layer 1_γ is stacked as a third layer material. Here, the thickness dγ = 0.030 μm. The calculation result of the reflection spectrum is as shown in the reflection spectrum diagram shown in FIG. The spectral image sensor 11 having the dielectric multilayer film 1 of this modification is substantially composed of a three-layer dielectric multilayer film 1, a kth dielectric layer 1_k (silicon oxide SiO2 layer), and silicon nitride. As a whole, including the two layers of the SiN layer 1_γ, the dielectric laminated film 1F having a five-layer structure is provided.

なお、この変形例で追加した第3の層材は、第1の層材であるシリコンナイトライドSiNと同じであるが、シリコン基板1_ωよりも大きな屈折率を持つ部材であればよく、その他の部材であってもよい。   The third layer material added in this modification is the same as the silicon nitride SiN that is the first layer material, but any member having a higher refractive index than the silicon substrate 1_ω may be used. It may be a member.

図示を割愛するが、第2実施形態における第2の変形例と同様に、この変形例で追加した第3の層材とシリコン基板1_ωとの間に、第3の層材よりも小さな屈折率をもつ第4の層材を積層した構造とすることもできる。   Although not shown, like the second modification example in the second embodiment, a refractive index smaller than that of the third layer material is provided between the third layer material added in this modification example and the silicon substrate 1_ω. It is also possible to have a structure in which a fourth layer material having a thickness is laminated.

何れも、第2実施形態と同様に、可視光VL領域での反射率を低下させることができ、特に青色B成分(波長420nm近傍)や緑色G成分(波長520nm近傍)での反射率は若干増加するものの、赤色R成分(波長600nm近傍)での反射率を十分に低下させることができ、赤外光IRとの分離に適するようになる。   In any case, as in the second embodiment, the reflectance in the visible light VL region can be reduced, and in particular, the reflectance in the blue B component (wavelength near 420 nm) and the green G component (wavelength near 520 nm) is slightly higher. Although increasing, the reflectance in the red R component (wavelength near 600 nm) can be sufficiently lowered, and is suitable for separation from infrared light IR.

<分光イメージセンサを適用した撮像装置;CCD対応>
図29および図30は、上記実施形態で説明した分光イメージセンサ11を、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子(IT_CCDイメージセンサ)を用いた撮像装置に適用した場合の回路図である。この撮像装置100は、本発明に係る物理情報取得装置の一例である。
<Imaging device with spectral image sensor; CCD compatible>
29 and 30 are circuit diagrams when the spectral image sensor 11 described in the above embodiment is applied to an image pickup apparatus using an interline transfer type CCD solid-state image pickup device (IT_CCD image sensor). The imaging apparatus 100 is an example of a physical information acquisition apparatus according to the present invention.

ここで、図29は図3と同様に、可視光VL帯内をR,G,Bの各色成分に分けつつ赤外光IRを検知するようにした構造を示し、可視光VLの内の青色光B、緑色光G、および赤色光Rと、赤外光IRとを、それぞれ独立に検知する構造であり、実質的には1つの単位画素マトリクス12内において波長別に画素(光電変換素子)12B,12G,12Rを形成しつつ、誘電体積層膜1を有していない画素12IRを有した構造である。   Here, FIG. 29 shows a structure in which the infrared light IR is detected while dividing the visible light VL band into R, G, and B color components as in FIG. The light B, the green light G, the red light R, and the infrared light IR are each independently detected, and the pixels (photoelectric conversion elements) 12B for each wavelength in one unit pixel matrix 12 substantially. , 12G, 12R, and the pixel 12IR that does not have the dielectric laminated film 1.

たとえば、図29(A)に示すように、CCD固体撮像素子101は、単位画素マトリクス12の他に、垂直転送方向に、垂直転送CCD122が複数本並べられて設けられている。垂直転送CCD122の電荷転送方向すなわち画素信号の読出方向が縦方向(図中のX方向)である。   For example, as shown in FIG. 29A, the CCD solid-state imaging device 101 is provided with a plurality of vertical transfer CCDs 122 arranged in the vertical transfer direction in addition to the unit pixel matrix 12. The charge transfer direction of the vertical transfer CCD 122, that is, the readout direction of the pixel signal is the vertical direction (X direction in the figure).

さらに、垂直転送CCD122と各単位画素マトリクス12との間には読出ゲート124(波長別には124B,124G,124R,124IR)をなすMOSトランジスタが介在し、また各ユニットセル(単位構成要素)の境界部分には図示しないチャネルストップが設けられる。   Further, between the vertical transfer CCD 122 and each unit pixel matrix 12, a MOS transistor forming a readout gate 124 (124B, 124G, 124R, 124IR for each wavelength) is interposed, and the boundary of each unit cell (unit component). The part is provided with a channel stop (not shown).

なお、図29から分かるように、1つの単位画素マトリクス12が、青色光B、緑色光G、赤色光B、および赤外光IRを独立に検知する構造であり、実質的には1つの単位画素マトリクス12内において波長(色)別に画素12B,12G,12R,12IRを形成した構造である。これら単位画素マトリクス12を有して構成されるセンサ部112の垂直列ごとに設けられ、各センサ部から読出ゲート124によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送CCD122によって撮像エリア110が構成される。   As can be seen from FIG. 29, one unit pixel matrix 12 has a structure in which the blue light B, the green light G, the red light B, and the infrared light IR are independently detected. In the pixel matrix 12, pixels 12B, 12G, 12R, and 12IR are formed for each wavelength (color). An imaging area is provided by a plurality of vertical transfer CCDs 122 that are provided for each vertical column of the sensor units 112 configured to include these unit pixel matrices 12 and vertically transfer the signal charges read from the sensor units by the read gate 124. 110 is configured.

ここで、色フィルタ14の配列としては、たとえば、シリコン基板1_ωの受光面側における、垂直転送CCD122の縦方向(X方向)に青、緑、赤、IR、青、緑、赤、IR、…の順となり、また、複数の垂直転送CCD122の同一行方向(Y方向)にも、青、緑、赤、IR、青、緑、赤、IR、…の順となるようにする。   Here, as the arrangement of the color filters 14, for example, blue, green, red, IR, blue, green, red, IR,... In the vertical direction (X direction) of the vertical transfer CCD 122 on the light receiving surface side of the silicon substrate 1_ω. In the same row direction (Y direction) of the plurality of vertical transfer CCDs 122, the order is blue, green, red, IR, blue, green, red, IR,.

センサ部112の単位画素マトリクス12(各画素12B,12G,12R,12IR)に蓄積された信号電荷は、読出ゲート124に読出パルスROGに対応するドライブパルスφROGが印加されることで、同一垂直列の垂直転送CCD122に読み出される。垂直転送CCD122は、たとえば3相〜8相などの垂直転送クロックVxに基づくドライブパルスφVxよって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この1ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。   The signal charges accumulated in the unit pixel matrix 12 (each pixel 12B, 12G, 12R, 12IR) of the sensor unit 112 are applied to the readout gate 124 by applying a drive pulse φROG corresponding to the readout pulse ROG to the same vertical column. To the vertical transfer CCD 122. The vertical transfer CCD 122 is driven to transfer by a drive pulse φVx based on a vertical transfer clock Vx such as 3 phase to 8 phase, for example, and the read signal charge is one scanning line (one line) in a part of the horizontal blanking period. Are transferred in the vertical direction one by one in order. This vertical transfer for each line is called a line shift.

また、CCD固体撮像素子101には、複数本の垂直転送CCD122の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直転送CCD122に隣接して、所定(たとえば左右)方向に延在する水平転送CCD126(Hレジスタ部、水平転送部)が1ライン分設けられる。この水平転送CCD126は、たとえば2相の水平転送クロックH1,H2に基づくドライブパルスφH1,φH2によって転送駆動され、複数本の垂直転送CCD122から転送された1ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため2相駆動に対応する複数本(2本)の水平転送電極が設けられる。   Further, the CCD solid-state imaging device 101 includes a horizontal transfer CCD 126 extending in a predetermined (for example, left and right) direction adjacent to each transfer destination side end of the plurality of vertical transfer CCDs 122, that is, the vertical transfer CCD 122 in the last row. (H register unit, horizontal transfer unit) are provided for one line. The horizontal transfer CCD 126 is driven by, for example, drive pulses φH 1 and φH 2 based on the two-phase horizontal transfer clocks H 1 and H 2, and the signal charge for one line transferred from the plurality of vertical transfer CCDs 122 is transferred to the horizontal blanking period. The data is sequentially transferred in the horizontal direction in the subsequent horizontal scanning period. For this reason, a plurality of (two) horizontal transfer electrodes corresponding to two-phase driving are provided.

水平転送CCD126の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ(FDA)構成の電荷電圧変換部を有する出力アンプ128が設けられる。出力アンプ128は、物理情報取得部の一例であって、電荷電圧変換部において、水平転送CCD126によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換し所定レベルに増幅して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力(Vout )として画素信号が導出される。以上により、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子11が構成される。   At the end of the transfer destination of the horizontal transfer CCD 126, for example, an output amplifier 128 having a charge-voltage conversion unit having a floating diffusion amplifier (FDA) configuration is provided. The output amplifier 128 is an example of a physical information acquisition unit. In the charge-voltage conversion unit, the signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer CCD 126 is sequentially converted into a voltage signal, amplified to a predetermined level, and output. From this voltage signal, a pixel signal is derived as a CCD output (Vout) corresponding to the amount of incident light from the subject. The interline transfer type CCD solid-state imaging device 11 is configured as described above.

CCD出力(Vout )として出力アンプ128から導出された画素信号は、図29(B)に示す画像信号処理部140に入力される。画像信号処理部140には、信号切替制御部の一例である画像切替制御部142からの画像切替制御信号が入力されるようになっている。CCD固体撮像素子101は、駆動制御部(駆動部の一例)146からの駆動パルスの元で駆動される。   The pixel signal derived from the output amplifier 128 as the CCD output (Vout) is input to the image signal processing unit 140 shown in FIG. The image signal processing unit 140 receives an image switching control signal from an image switching control unit 142 which is an example of a signal switching control unit. The CCD solid-state imaging device 101 is driven by a drive pulse from a drive control unit (an example of a drive unit) 146.

画像切替制御部142は、画像信号処理部140の出力を赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのモノクロ画像やカラー画像と、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRの画像の何れか一方のみ、もしくはこれらの双方、あるいは可視光VLと赤外光IRの混在画像すなわち赤外光IRの輝度を加算した擬似モノクロ画像あるいは擬似カラー画像にするかの切替えを指令する。つまり、可視光VLの画像と赤外光IRに関わる画像との同時撮像出力や切替撮像出力を制御する。   The image switching control unit 142 outputs the output of the image signal processing unit 140 to a monochrome image or a color image of visible light VL that is hardly affected by infrared light IR, and infrared light that is hardly affected by visible light VL. Command to switch to either one of IR images, or both of them, or a mixed image of visible light VL and infrared light IR, that is, a pseudo-monochrome image or a pseudo-color image in which the brightness of infrared light IR is added To do. That is, simultaneous imaging output and switching imaging output of an image of visible light VL and an image related to infrared light IR are controlled.

この指令は、撮像装置を操作する外部入力によってもよく、また、画像信号処理部140の赤外光IRのない可視光輝度により画像切替制御部142が自動処理により切替えを指令してもよい。   This command may be an external input for operating the imaging device, or the image switching control unit 142 may command switching by an automatic process based on visible light luminance without infrared light IR of the image signal processing unit 140.

ここで、画像信号処理部140は、たとえば、各画素の撮像データR,G,B,IRを同時化する同時化処理、スミア現象やブルーミング現象によって生じる縦縞のノイズ成分を補正する縦縞ノイズ補正処理、ホワイトバランス(WB;White Balance )調整を制御するWB制御処理、階調度合いを調整するガンマ補正処理、電荷蓄積時間の異なる2画面の画素情報を利用してダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大処理、あるいは輝度データ(Y)や色データ(C)を生成するYC信号生成処理などを行なう。これにより、赤(R),緑(G),青(B)の原色の撮像データ(R,G,B,IRの各画素データ)に基づく可視光VL帯の画像(いわゆる通常画像)が得られる。   Here, the image signal processing unit 140, for example, a synchronization process that simultaneously synchronizes the imaging data R, G, B, and IR of each pixel, and a vertical stripe noise correction process that corrects a vertical stripe noise component caused by a smear phenomenon or a blooming phenomenon. , WB control processing for controlling white balance (WB) adjustment, gamma correction processing for adjusting the gradation degree, and dynamic range expansion processing for expanding the dynamic range using pixel information of two screens having different charge accumulation times Alternatively, YC signal generation processing for generating luminance data (Y) and color data (C) is performed. As a result, a visible light VL band image (so-called normal image) based on imaging data (R, G, B, and IR pixel data) of primary colors of red (R), green (G), and blue (B) is obtained. It is done.

また、画像信号処理部140は、赤外光IRの画素データを用いて、赤外光IRに関わる画像を生成する。たとえば、誘電体積層膜1を形成しなかった画素12IRにおいて、赤外光IRだけでなく可視光VLも同時に信号に寄与するように色フィルタ14Cを入れない場合には、画素12IRからの画素データを用いることで、高感度の画像が得られる。あるいは、色フィルタ14Cとして、緑色フィルタ14Gを入れる場合には、画素12IRからは赤外光IRと緑色の可視光LGの混在の像が得られるが、画素12Gから得られる緑色成分との差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。あるいは、色フィルタ14Cとして黒色フィルタ14BKを設ける場合には、画素IRからの画素データを用いることで赤外光IRのみの像が得られる。   Further, the image signal processing unit 140 generates an image related to the infrared light IR using the pixel data of the infrared light IR. For example, in the pixel 12IR in which the dielectric laminated film 1 is not formed, when not including the color filter 14C so that not only the infrared light IR but also the visible light VL simultaneously contributes to the signal, the pixel data from the pixel 12IR By using, a highly sensitive image can be obtained. Alternatively, when the green filter 14G is inserted as the color filter 14C, a mixed image of the infrared light IR and the green visible light LG is obtained from the pixel 12IR, but the difference from the green component obtained from the pixel 12G is obtained. By taking it, an image of only infrared light IR can be obtained. Alternatively, when the black filter 14BK is provided as the color filter 14C, an image of only the infrared light IR can be obtained by using pixel data from the pixel IR.

このようにして生成された各画像は、図示しない表示部に送られ、操作者に可視画像として提示されたり、あるいはそのままハードディスク装置などの記憶装置に記憶・保存されたり、またはその他の機能部に処理済みデータとして送られる。   Each image generated in this manner is sent to a display unit (not shown) and presented to the operator as a visible image, or stored and stored in a storage device such as a hard disk device as it is, or to other functional units. Sent as processed data.

また、図30は、可視光VL(青色光、緑色光、および赤色光)と赤外光IRとを独立に検知する構造を示す。詳細な説明は割愛するが、基本的な構成は、図29に示したと同様であり、実質的には1つの単位画素マトリクス12(フォトダイオード群)内において可視光VL用の画素12Wを形成しつつ、誘電体積層膜1を有していない画素12IRを有した構造である。基本的には、色フィルタ14の配列が異なるだけで、その他の点は図29と同様である。   FIG. 30 shows a structure for independently detecting visible light VL (blue light, green light, and red light) and infrared light IR. Although the detailed description is omitted, the basic configuration is the same as that shown in FIG. 29, and the visible light VL pixel 12W is formed in one unit pixel matrix 12 (photodiode group) substantially. However, the pixel 12IR does not have the dielectric laminated film 1. Basically, the arrangement of the color filter 14 is different, and the other points are the same as those in FIG.

ここで、色フィルタ14の配列としては、たとえば、シリコン基板1_ωの受光面側における、垂直転送CCD122の縦方向(X方向)に可視光VL、赤外光IR、可視光VL、赤外光IR、…の順となり、また、複数の垂直転送CCD122の同一行方向(Y方向)にも、可視光VL、赤外光IR、可視光VL、赤外光IR、…の順となるようにする。   Here, the arrangement of the color filters 14 is, for example, visible light VL, infrared light IR, visible light VL, infrared light IR in the vertical direction (X direction) of the vertical transfer CCD 122 on the light receiving surface side of the silicon substrate 1_ω. In this order, visible light VL, infrared light IR, visible light VL, infrared light IR,... Are also arranged in the same row direction (Y direction) of the plurality of vertical transfer CCDs 122. .

<分光イメージセンサを適用した撮像装置;CMOS対応>
図31および図32は、上記実施形態で説明した分光イメージセンサ11を、CMOS固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)を用いた撮像装置に適用した場合の回路図である。この撮像装置100は、本発明に係る物理情報取得装置の一例である。
<Image sensor using spectral image sensor; CMOS compatible>
31 and 32 are circuit diagrams when the spectral image sensor 11 described in the above embodiment is applied to an imaging apparatus using a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor). The imaging apparatus 100 is an example of a physical information acquisition apparatus according to the present invention.

ここで、図31は図3と同様に、可視光VL帯内をR,G,Bの各色成分に分けつつ赤外光IRを検知するようにした構造を示し、可視光VLの内の青色光B、緑色光G、および赤色光Rと、赤外光IRとを、それぞれ独立に検知する構造であり、実質的には1つの単位画素マトリクス12内において波長別に画素(光電変換素子)12B,12G,12Rを形成しつつ、誘電体積層膜1を有していない画素12IRを有した構造である。   Here, like FIG. 3, FIG. 31 shows a structure in which infrared light IR is detected while dividing the visible light VL band into R, G, B color components, and the blue light in the visible light VL is shown. The light B, the green light G, the red light R, and the infrared light IR are each independently detected, and the pixels (photoelectric conversion elements) 12B for each wavelength in one unit pixel matrix 12 substantially. , 12G, 12R, and the pixel 12IR that does not have the dielectric laminated film 1.

また、図32は、可視光VL(青色光、緑色光、および赤色光)と赤外光IRとを独立に検知する構造を示し、実質的には1つの単位画素マトリクス12(フォトダイオード群)内において可視光VL用の画素12Wを形成しつつ、誘電体積層膜1を有していない画素12IRを有した構造である。基本的には、色フィルタ14の配列が異なる(図30と同様)だけで、その他の点は図31と同様である。   FIG. 32 shows a structure in which visible light VL (blue light, green light, and red light) and infrared light IR are independently detected, and substantially one unit pixel matrix 12 (photodiode group). In this structure, a pixel 12W for visible light VL is formed, and a pixel 12IR that does not have the dielectric laminated film 1 is provided. Basically, only the arrangement of the color filters 14 is different (similar to FIG. 30), and the other points are the same as those of FIG.

分光イメージセンサをCOMSに応用した場合、単位画素マトリクス12内の1つ1つの画素(光電変換素子)12B,12G,12R,12IRに対してセルアンプを1つ持つ構造となる。よってこの場合、図31(A)および図32のような構造となる。画素信号はセルアンプで増幅された後にノイズキャンセル回路などを通して出力される。   When the spectral image sensor is applied to the COMS, each cell (photoelectric conversion element) 12B, 12G, 12R, 12IR in the unit pixel matrix 12 has one cell amplifier. Therefore, in this case, the structure is as shown in FIG. The pixel signal is amplified by a cell amplifier and then output through a noise cancellation circuit or the like.

たとえばCMOS固体撮像素子201は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子(電荷生成部の一例)を含む複数個の画素が行および列に配列された(すなわち2次元マトリクス状の)画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やデジタル変換部(ADC;Analog Digital Converter)などが列並列に設けられている、いわゆる典型的なカラム型となっている。   For example, the CMOS solid-state imaging device 201 includes a pixel unit in which a plurality of pixels including a light receiving element (an example of a charge generation unit) that outputs a signal corresponding to the amount of incident light is arranged in rows and columns (that is, in a two-dimensional matrix). The signal output from each pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit, a digital conversion unit (ADC), and the like are provided in parallel in a column. It is a so-called typical column type.

具体的には、図31に示すように、CMOS固体撮像素子201は、複数の画素12が行および列に配列された画素部(撮像部)210と、画素部210の外側に設けられた駆動制御部207と、カラム処理部226と、出力回路228とを備えている。   Specifically, as shown in FIG. 31, the CMOS solid-state imaging device 201 includes a pixel unit (imaging unit) 210 in which a plurality of pixels 12 are arranged in rows and columns, and a drive provided outside the pixel unit 210. A control unit 207, a column processing unit 226, and an output circuit 228 are provided.

なお、カラム処理部226の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部226と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部226の前段でAGCを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部226の後段でAGCを行なう場合にはデジタル増幅となる。nビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。   Note that an AGC (Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function or the like may be provided in the same semiconductor region as the column processing unit 226, if necessary, before or after the column processing unit 226. When AGC is performed before the column processing unit 226, analog amplification is performed. When AGC is performed after the column processing unit 226, digital amplification is performed. If the n-bit digital data is simply amplified, the gradation may be lost. Therefore, it is preferable to perform digital conversion after amplification by analog.

駆動制御部207は、画素部210の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部207としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路(列走査回路)212と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路(行走査回路)214と、外部との間でのインタフェース機能や内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部220とを備えている。   The drive control unit 207 has a control circuit function for sequentially reading signals from the pixel unit 210. For example, the drive control unit 207 includes a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 212 that controls column addresses and column scanning, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 214 that controls row addresses and row scanning, And a communication / timing control unit 220 having functions such as an inter-interface function and an internal clock generation function.

水平走査回路212は、カラム処理部226からカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。これらの駆動制御部207の各要素は、画素部210とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子(撮像デバイス)として構成される。   The horizontal scanning circuit 212 has a function of a reading scanning unit that reads a count value from the column processing unit 226. Each element of these drive control units 207 is formed integrally with a pixel unit 210 in a semiconductor region such as single crystal silicon using a technique similar to a semiconductor integrated circuit manufacturing technique, and is an example of a solid-state imaging that is an example of a semiconductor system It is configured as an element (imaging device).

図31では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の画素12が配置される。この画素12は、典型的には、受光素子(電荷生成部)としての単位画素マトリクス12と、増幅用の半導体素子(たとえばトランジスタ)を有する画素内アンプ(セルアンプ;画素信号生成部)205(色別には205B,205G,205R)とから構成される。   In FIG. 31, for the sake of simplicity, some of the rows and columns are omitted, but in reality, tens to thousands of pixels 12 are arranged in each row and each column. The pixel 12 typically includes an intra-pixel amplifier (cell amplifier; pixel signal generation unit) 205 (color) having a unit pixel matrix 12 as a light receiving element (charge generation unit) and an amplification semiconductor element (for example, a transistor). Separately, 205B, 205G, 205R).

また、図31から分かるように、1つの単位画素マトリクス12が、青色光B、緑色光G、赤色光R、および赤外光IRを独立に検知する構造であり、実質的には1つの単位画素マトリクス12内において波長(色)別に画素12B,12G,12R,12IRを形成した構造である。   Further, as can be seen from FIG. 31, one unit pixel matrix 12 has a structure for independently detecting blue light B, green light G, red light R, and infrared light IR, and substantially one unit. In the pixel matrix 12, pixels 12B, 12G, 12R, and 12IR are formed for each wavelength (color).

ここで、色フィルタ14の配列としては、たとえば、シリコン基板1_ωの受光面側におけるX方向に青、緑、赤、IR、青、緑、赤、IR、…の順となり、またX方向と直交するY方向にも、青、緑、赤、IR、青、緑、赤、IR、…の順となるようにする。   Here, the arrangement of the color filters 14 is, for example, blue, green, red, IR, blue, green, red, IR,... In the X direction on the light receiving surface side of the silicon substrate 1_ω, and orthogonal to the X direction. Also in the Y direction, the order is blue, green, red, IR, blue, green, red, IR,.

画素内アンプ205としては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、CMOSセンサとして汎用的な4つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。   As the intra-pixel amplifier 205, for example, a floating diffusion amplifier configuration is used. As an example, with respect to the charge generation unit, a read selection transistor that is an example of a charge readout unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor that is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor, and a floating diffusion As a CMOS sensor having a source follower-amplifying transistor, which is an example of a detection element for detecting a change in potential, a sensor composed of four general-purpose transistors can be used.

あるいは、特許第2708455号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタと、画素内アンプ205をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線(TRF)を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)を有する、3つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。   Alternatively, as described in Japanese Patent No. 2708455, an amplifying transistor connected to a drain line (DRN) and an in-pixel amplifier for amplifying a signal voltage corresponding to the signal charge generated by the charge generating unit It is also possible to use a transistor composed of three transistors, including a reset transistor for resetting 205 and a read selection transistor (transfer gate portion) scanned from a vertical shift register via a transfer wiring (TRF). it can.

画素12は、行選択のための行制御線215を介して垂直走査回路214と、また垂直信号線219を介してカラム処理部226と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線215は垂直走査回路214から画素に入る配線全般を示す。一例として、この行制御線215は、長尺状の散乱体3に対して平行な方向に配される。   The pixels 12 are connected to the vertical scanning circuit 214 via a row control line 215 for row selection and to the column processing unit 226 via a vertical signal line 219, respectively. Here, the row control line 215 indicates the entire wiring that enters the pixel from the vertical scanning circuit 214. As an example, the row control line 215 is arranged in a direction parallel to the long scatterer 3.

水平走査回路212や垂直走査回路214は、たとえばシフトレジスタやデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部220から与えられる制御信号に応答してアドレス選択動作(走査)を開始するようになっている。このため、行制御線215には、画素12を駆動するための種々のパルス信号(たとえば、リセットパルスRST、転送パルスTRF、DRN制御パルスDRNなど)が含まれる。   The horizontal scanning circuit 212 and the vertical scanning circuit 214 include, for example, a shift register and a decoder, and start an address selection operation (scanning) in response to a control signal given from the communication / timing control unit 220. Yes. Therefore, the row control line 215 includes various pulse signals (for example, a reset pulse RST, a transfer pulse TRF, a DRN control pulse DRN, etc.) for driving the pixels 12.

通信・タイミング制御部220は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子220aを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子220bを介して動作モードなどを指令するデータDATAを受け取り、さらにCMOS固体撮像素子201の情報を含むデータを端子220cを介して出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。   Although not shown, the communication / timing control unit 220 is a master via a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock signal necessary for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and a terminal 220a. A communication interface functional block for receiving a clock CLK0, receiving data DATA for instructing an operation mode or the like via a terminal 220b, and outputting data including information of the CMOS solid-state imaging device 201 via a terminal 220c.

たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダへ出力し、各デコーダは、それを受けて対応する行もしくは列を選択し、駆動回路を介して画素12やカラム処理部226を駆動する。   For example, the horizontal address signal is output to the horizontal decoder and the vertical address signal is output to the vertical decoder, and each decoder receives it and selects the corresponding row or column, and the pixel 12 and the column processing unit 226 via the drive circuit. Drive.

この際、画素12を2次元マトリックス状に配置してあるので、画素内アンプ(画素信号生成部)205により生成され垂直信号線219を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で(列並列で)アクセスし取り込む(垂直)スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号(たとえばデジタル化された画素データ)を出力側へ読み出す(水平)スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい画素12を直接にアドレス指定することで、必要な画素12の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。   At this time, since the pixels 12 are arranged in a two-dimensional matrix, an analog pixel signal generated by the in-pixel amplifier (pixel signal generation unit) 205 and output in the column direction via the vertical signal line 219 is row-by-row. (Column parallel) to access and capture (vertical) scan reading, and then access the row direction, which is the arrangement direction of the vertical columns, and read out pixel signals (for example, digitized pixel data) to the output side (horizontal ) It is preferable to speed up reading of pixel signals and pixel data by performing scanning reading. Of course, not only scanning reading but also random access for reading out only necessary pixel 12 information by directly addressing the pixel 12 to be read out is possible.

また、通信・タイミング制御部220では、端子220aを介して入力されるマスタークロック(マスタークロック)CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを2分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査回路212、垂直走査回路214、カラム処理部226などに供給する。   In the communication / timing control unit 220, a clock CLK1 having the same frequency as the master clock (master clock) CLK0 input via the terminal 220a, a clock obtained by dividing the clock CLK1, and a low-speed clock obtained by further dividing the clock are used as devices. For example, a horizontal scanning circuit 212, a vertical scanning circuit 214, a column processing unit 226, and the like.

垂直走査回路214は、画素部210の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、垂直方向の読出行を規定する(画素部210の行を選択する)垂直デコーダと、垂直デコーダにて規定された読出アドレス上(行方向)の画素12に対する行制御線215にパルスを供給して駆動する垂直駆動回路とを有する。なお、垂直デコーダは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。   The vertical scanning circuit 214 selects a row of the pixel portion 210 and supplies a necessary pulse to the row. For example, a pulse is supplied to a vertical decoder that defines a readout row in the vertical direction (selects a row of the pixel unit 210) and a row control line 215 for the pixel 12 on the readout address (in the row direction) defined by the vertical decoder. And a vertical drive circuit for driving. Note that the vertical decoder selects a row for electronic shutter in addition to a row from which a signal is read.

水平走査回路212は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部226内の図示しないカラム回路を順番に選択し、その信号を水平信号線(水平出力線)218に導くものである。たとえば、水平方向の読出列を規定する(カラム処理部226内の個々のカラム回路を選択する)水平デコーダと、水平デコーダにて規定された読出アドレスに従って、選択スイッチ227にてカラム処理部226の各信号を水平信号線218に導く水平駆動回路とを有する。なお、水平信号線218は、たとえばカラムAD回路が取り扱うビット数n(nは正の整数)分、たとえば10(=n)ビットならば、そのビット数分に対応して10本配置される。   The horizontal scanning circuit 212 sequentially selects column circuits (not shown) in the column processing unit 226 in synchronization with the low-speed clock CLK2, and guides the signal to a horizontal signal line (horizontal output line) 218. For example, a horizontal decoder that defines a read column in the horizontal direction (selects individual column circuits in the column processing unit 226), and a read address defined by the horizontal decoder, the selection switch 227 causes the column processing unit 226 to A horizontal drive circuit for guiding each signal to a horizontal signal line 218. For example, if the horizontal signal line 218 corresponds to the number of bits n (n is a positive integer) handled by the column AD circuit, for example, 10 (= n) bits, 10 horizontal signal lines 218 are arranged corresponding to the number of bits.

このような構成のCMOS固体撮像素子201において、画素12から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線219を介して、カラム処理部226のカラム回路に供給される。ここで、単位画素マトリクス12(各画素12B,12G,12R,12IR)に蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直信号線219を介して読み出される。   In the CMOS solid-state imaging device 201 having such a configuration, the pixel signal output from the pixel 12 is supplied to the column circuit of the column processing unit 226 via the vertical signal line 219 for each vertical column. Here, the signal charges accumulated in the unit pixel matrix 12 (the respective pixels 12B, 12G, 12R, and 12IR) are read out through the vertical signal lines 219 in the same vertical column.

カラム処理部226の各カラム回路は、1列分の画素の信号を受けて、その信号を処理する。たとえば、各カラム回路は、アナログ信号を、たとえば低速クロックCLK2を用いて、たとえば10ビットのデジタルデータに変換するADC(Analog Digital Converter)回路を持つ。   Each column circuit of the column processing unit 226 receives a pixel signal for one column and processes the signal. For example, each column circuit has an ADC (Analog Digital Converter) circuit that converts an analog signal into, for example, 10-bit digital data using, for example, a low-speed clock CLK2.

また、回路構成を工夫することで、垂直信号線219を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベル)と真の(受光光量に応じた)信号レベルVsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。   In addition, by devising the circuit configuration, the signal level (noise level) immediately after pixel reset and the true signal (depending on the amount of received light) for the voltage mode pixel signal input via the vertical signal line 219 A process for obtaining a difference from the level Vsig can be performed. Thereby, it is possible to remove a noise signal component called fixed pattern noise (FPN) or reset noise.

このカラム回路で処理されたアナログの画素信号(あるいはデジタルの画素データ)は、水平走査回路212からの水平選択信号により駆動される水平選択スイッチ217を介して水平信号線218に伝達され、さらに出力回路228に入力される。なお、10ビットは一例であって、10ビット未満(たとえば8ビット)や10ビットを超えるビット数(たとえば14ビット)など、その他のビット数としてもよい。   The analog pixel signal (or digital pixel data) processed by the column circuit is transmitted to the horizontal signal line 218 via the horizontal selection switch 217 driven by the horizontal selection signal from the horizontal scanning circuit 212, and further output. Input to the circuit 228. Note that 10 bits is an example, and other bit numbers such as less than 10 bits (for example, 8 bits) and more than 10 bits (for example, 14 bits) may be used.

このような構成によって、電荷生成部としての単位画素マトリクス12(画素12B,12G,12R,12IR)が行列状に配された画素部210からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された画素部210に対応する1枚分の画像すなわちフレーム画像が、画素部210全体の画素信号の集合で示されることとなる。   With such a configuration, pixel signals are sequentially output for each vertical column for each row from the pixel unit 210 in which the unit pixel matrix 12 (pixels 12B, 12G, 12R, and 12IR) as the charge generation unit is arranged in a matrix. Is done. Then, one image corresponding to the pixel unit 210 in which the light receiving elements are arranged in a matrix, that is, a frame image, is shown as a set of pixel signals of the entire pixel unit 210.

出力回路228は、CCD固体撮像素子101における出力アンプ128に対応するものであって、その後段には、CCD固体撮像素子101と同様に、図31(B)に示すように、画像信号処理部140が設けられる。画像信号処理部140には、CCD固体撮像素子101の場合と同様に、画像切替制御部142からの画像切替制御信号が入力されるようになっている。   The output circuit 228 corresponds to the output amplifier 128 in the CCD solid-state image sensor 101, and in the subsequent stage, as shown in FIG. 140 is provided. As in the case of the CCD solid-state imaging device 101, the image signal processing unit 140 receives an image switching control signal from the image switching control unit 142.

これにより、赤(R),緑(G),青(B)の原色の撮像データ(R,G,B,IRの各画素データ)もしくは可視光VL用の画素データに基づく可視光VL帯の画像(いわゆる通常画像)が得られるとともに、赤外光IRの画素データを用いることで、赤外光IRに関わる画像を得ることができる。   As a result, the red (R), green (G), and blue (B) primary color imaging data (R, G, B, and IR pixel data) or the visible light VL band based on the visible light VL pixel data can be obtained. An image (so-called normal image) can be obtained, and an image related to the infrared light IR can be obtained by using the pixel data of the infrared light IR.

なお、図示を割愛するが、図29や図31を基本構成として利用しつつ、赤外光IR用の画素12IRを取り除くことで、可視光VL帯内をR,G,Bの各色成分に分けて検知するようにした構造とすることもできる。   Although illustration is omitted, the visible light VL band is divided into R, G, and B color components by removing the infrared light IR pixel 12IR while using FIG. 29 and FIG. 31 as basic configurations. It is also possible to adopt a structure that detects the above.

色フィルタ14の配列としては、たとえば、シリコン基板1_ωの受光面側における、垂直転送CCD122の縦方向(X方向)に青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順となり、また、複数の垂直転送CCD122の同一行方向(Y方向)にも、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順となるようにする。あるいは、2行2列の単位画素マトリクス12内において、2つのG色とそれぞれ1つのR色およびB色を配したいわゆるベイヤ配列とすることもできる。また、B,G,Rの3色に第4色(たとえばエメラルド)を加えることで色再現範囲を拡張するようにしてもよい。   As the arrangement of the color filters 14, for example, blue, green, red, green, blue, green, red, green, blue,... In the vertical direction (X direction) of the vertical transfer CCD 122 on the light receiving surface side of the silicon substrate 1_ω. Also, the same row direction (Y direction) of the plurality of vertical transfer CCDs 122 is arranged in the order of blue, green, red, green, blue, green, red, green, blue,. Alternatively, a so-called Bayer arrangement in which two G colors and one R color and B color are arranged in the unit pixel matrix 12 of 2 rows and 2 columns may be employed. Further, the color reproduction range may be extended by adding a fourth color (for example, emerald) to the three colors B, G, and R.

これらの場合、可視光VL領域のみの撮像にはなるが、減色フィルタの一例として赤外線カットフィルタをセンサの前に入れる必要がなくなる。高価な赤外線カットフィルタを不要にすることで、コストを大幅に低減できる。また、厚みや重さのある赤外線カットフィルタを不要にすることで、光学系を軽量かつコンパクトにできる。もちろん、赤外線カットフィルタの挿入/抜出機構が不要であり、装置が大がかりになることもない。   In these cases, only the visible light VL region is imaged, but it is not necessary to place an infrared cut filter in front of the sensor as an example of a color reduction filter. Costs can be significantly reduced by eliminating the need for expensive infrared cut filters. Further, by eliminating the need for an infrared cut filter having a thickness or weight, the optical system can be made light and compact. Of course, an infrared cut filter insertion / extraction mechanism is not required, and the apparatus does not become large.

もちろん、このようなコスト的に有利になるなどの点は、既存のガラス製の赤外光カットフィルタを誘電体積層膜に代えた、撮像センサと誘電体積層膜とが別体の構成(検知部と誘電体積層膜とが一体構成でない)でも言えることである。   Of course, this is advantageous in terms of cost, for example, because the existing infrared filter cut out of glass is replaced with a dielectric laminated film, and the imaging sensor and the dielectric laminated film are separated (detection). This is also true even if the portion and the dielectric laminated film are not integrated.

たとえば、既存のガラス製の赤外光カットフィルタを用いる場合に比べて、コスト的に有利になるし、コンパクトになって携帯性などに優れたデジタルカメラなどの撮像装置を提供することができる。   For example, it is advantageous in terms of cost as compared with the case of using an existing infrared cut filter made of glass, and can provide an imaging device such as a digital camera that is compact and excellent in portability.

また、赤外線カットフィルタをセンサの前に入れる構成では、ガラス基板をCCDやCMOSなどの撮像素子の前に入れることで光路の途中に空気とガラス界面が生じてしまう。したがって、透過してほしい可視光の光までがその界面で反射されてしまい、感度低下を導く問題が生じる。さらにこのような界面が多くなることで、斜め入射における(ガラス内で)屈折する角度が波長によって異なり、光路の変化による焦点ぼけを引き起こす。これに対して、誘電体積層膜を用いることで、このような波長による焦点ぼけがなくなる利点が得られる。   Further, in the configuration in which the infrared cut filter is placed in front of the sensor, the glass substrate is placed in front of an image sensor such as a CCD or CMOS, so that an air / glass interface is generated in the middle of the optical path. Therefore, even visible light desired to be transmitted is reflected at the interface, which causes a problem of lowering sensitivity. Further, since the number of such interfaces increases, the angle of refraction at oblique incidence (within the glass) varies depending on the wavelength, causing defocus due to a change in the optical path. On the other hand, by using a dielectric laminated film, there is an advantage that the defocus due to such a wavelength is eliminated.

<<製造プロセスの具体例>>
図33は、上記実施形態で説明したセンサ構造の分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図である。この図33は、赤外光IR用の受光部と可視光VL用の受光部とを備えた分光イメージセンサの製造プロセス例である。
<< Specific Example of Manufacturing Process >>
FIG. 33 is a diagram showing a specific process example for manufacturing the spectral image sensor having the sensor structure described in the above embodiment. FIG. 33 shows an example of a manufacturing process of a spectral image sensor including a light receiving unit for infrared light IR and a light receiving unit for visible light VL.

この構造の作製に当たっては、図29および図30あるいは図31および図32に示されるような一般的なCCDやCMOS構造の回路をまず形成する(図33(A))。この後に、Siフォトダイオードの上にたとえばCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長法)などを用いてSiO2膜とSiNを順次積層する(図33(B))。   In manufacturing this structure, a general CCD or CMOS structure circuit as shown in FIG. 29 and FIG. 30 or FIG. 31 and FIG. 32 is first formed (FIG. 33A). Thereafter, an SiO 2 film and SiN are sequentially stacked on the Si photodiode by using, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) (FIG. 33B).

この後、たとえば4つの画素の内1つだけをRIE(Reactive Ion Etching)法などを用いてエッチングすることで、赤外光IR用の受光部に最下層のSiO2膜に達する開口部を設ける(図33(E))。   Thereafter, for example, only one of the four pixels is etched by using an RIE (Reactive Ion Etching) method or the like, so that an opening reaching the lowermost SiO2 film is provided in the light receiving part for infrared light IR ( FIG. 33 (E)).

この後、誘電体積層膜1などの保護のために、一部に開口部が設けられた誘電体積層膜1上にたとえば再度CVDなどを用いてSiO2膜を積層する(図33(F))。もちろん、このプロセスは必須ではない。   Thereafter, in order to protect the dielectric laminated film 1 and the like, an SiO 2 film is laminated again on the dielectric laminated film 1 having an opening partly by using, for example, CVD (FIG. 33F). . Of course, this process is not essential.

なお、この際、可視光VL用の3つの画素(R,G,B成分用)をエッチングしないように、赤外光IR用の受光部に開口部が設けられたフォトレジストを用いてもよい(図33(C),(D))。この場合、誘電体積層膜1上にSiO2膜を積層する前に、フォトレジストを除去する必要がある(図33(D)→(E))。   At this time, a photoresist in which an opening is provided in a light receiving portion for infrared light IR may be used so that the three pixels (for R, G, and B components) for visible light VL are not etched. (FIGS. 33 (C) and (D)). In this case, it is necessary to remove the photoresist before laminating the SiO 2 film on the dielectric laminated film 1 (FIG. 33 (D) → (E)).

また、図示を割愛するが、さらにその上に色フィルタやマイクロレンズを画素に対応するように形成してもよい。   Although not shown in the figure, color filters and microlenses may be formed thereon so as to correspond to the pixels.

さらに若干の赤外光IRが漏れて可視光VL用の光電変換素子(フォトダイオードなど)に入射する場合、全体に弱い赤外線カットフィルタを入れてもよい。たとえば50%以下の赤外線カットフィルタを入れることで、可視光VLに対して殆ど問題のないレベルまでカットしても赤外光IR用の光電変換素子(フォトダイオードなど)では、赤外光IRが集光するので十分な感度となる。   Further, when some infrared light IR leaks and enters a photoelectric conversion element (photodiode or the like) for visible light VL, a weak infrared cut filter may be inserted in the whole. For example, if an infrared cut filter of 50% or less is inserted, the infrared light IR will be reduced in the infrared light IR photoelectric conversion element (photodiode, etc.) even if it is cut to a level where there is almost no problem with the visible light VL. Condensation is sufficient to provide sufficient sensitivity.

なお、このような製造プロセスでは、Si基板表面近くまでエッチングする、すなわち赤外光IR用の受光部に最下層のSiO2膜に達する開口部を設けるため(図33(E))、エッチングによるダメージが問題になることがある。この場合は、Si基板直上のSiO2層の厚みdを大きくしてダメージを低減することも可能である。   In such a manufacturing process, etching is performed up to the surface of the Si substrate, that is, an opening reaching the lowermost SiO2 film is provided in the light receiving portion for infrared light IR (FIG. 33E), and thus damage caused by etching. May be a problem. In this case, it is also possible to reduce the damage by increasing the thickness d of the SiO2 layer immediately above the Si substrate.

ここでdk=2.5μm以上になると、図11のように反射スペクトルの赤外光IR領域でのディップの半値幅が狭くなるので、一般的なブロードな自然光に対して平均化された反射率となるので、赤外光の反射が可能となる。したがって望ましくは第k番目の誘電体層1_kの厚みdkを2.5μm以上にするのがよい。さらに望ましくは、5μm以上の厚みにするとなおよい。   Here, when dk = 2.5 μm or more, the half-value width of the dip in the infrared IR region of the reflection spectrum becomes narrow as shown in FIG. 11, so the reflectance averaged for general broad natural light. Therefore, infrared light can be reflected. Therefore, the thickness dk of the kth dielectric layer 1_k is preferably 2.5 μm or more. More desirably, the thickness is 5 μm or more.

また、シリコン基板1_ω上に形成されるフォトダイオードや画素内アンプなどためのメタル配線、すなわち、単位信号生成部としての画素内アンプなどから単位信号としての画素信号を撮像部(検出領域)から読み出すための信号線をなす配線層をシリコン基板1_ω直上に形成する場合、シリコン基板1_ω直上に誘電体積層膜1を設けた構造よりは、シリコン基板1_ω上である程度離したところに誘電体積層膜1を形成する、すなわちメタル配線より上側に誘電体積層膜1を形成することで、プロセスが容易になり、コストが低く抑えられるメリットが得られる。詳しくは後述するが、誘電体積層膜1をなす層数を増やすことで、ある程度よい結果が得られる。以下、メタル配線を考慮した分光イメージセンサについて説明する。   Further, a pixel wiring as a unit signal is read out from an imaging unit (detection region) from a metal wiring for a photodiode, an amplifier in a pixel, etc. formed on the silicon substrate 1_ω, that is, an amplifier in a pixel as a unit signal generation unit. When the wiring layer forming the signal line for forming the dielectric layer 1 is formed immediately above the silicon substrate 1_ω, the dielectric layered film 1 is located at a certain distance on the silicon substrate 1_ω rather than the structure in which the dielectric layer film 1 is provided directly on the silicon substrate 1_ω. By forming the dielectric laminated film 1 above the metal wiring, the process can be facilitated, and the merit of reducing the cost can be obtained. As will be described in detail later, a good result can be obtained to some extent by increasing the number of layers forming the dielectric laminated film 1. Hereinafter, a spectral image sensor considering metal wiring will be described.

<<誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ;第6実施形態>>
図34〜図40は、誘電体積層膜1を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ11の第6実施形態を説明する図である。第6実施形態は、図10〜図14にて説明した手法を基本として、メタル配線を考慮して、シリコン基板1_ωよりある程度距離の離れた上側において、誘電体積層膜1をシリコン基板1_ω上に、フォトダイオードなどの検知部と一体的に形成する点に特徴を有する。
<< Demultiplexing Image Sensor Using Dielectric Multilayer Film; Sixth Embodiment >>
34 to 40 are views for explaining a sixth embodiment of the spectral image sensor 11 compatible with single wavelength demultiplexing using the dielectric laminated film 1. In the sixth embodiment, based on the method described with reference to FIGS. 10 to 14, in consideration of metal wiring, the dielectric multilayer film 1 is placed on the silicon substrate 1_ω on the upper side that is a certain distance away from the silicon substrate 1_ω. It is characterized in that it is formed integrally with a detector such as a photodiode.

たとえば、図34のように、CMOS構造を考えると、フォトダイオードなどの検知部が形成された半導体素子層上に配線層を1つ有し、その厚みが0.7μm程度ある場合において、フォトダイオードなどが形成されるシリコン基板1_ωよりも略0.7μm上に多層膜構造を一体的に形成する場合、第1層目の配線層のプロセスの後に誘電体積層膜1を形成すればよい。こうすることで、厚みdk≒0.7μmを持つ第k層内に配線層を設けることができる。   For example, when considering a CMOS structure as shown in FIG. 34, when one wiring layer is provided on a semiconductor element layer on which a detection unit such as a photodiode is formed and the thickness thereof is about 0.7 μm, the photodiode When the multilayer film structure is integrally formed on approximately 0.7 μm above the silicon substrate 1_ω on which the dielectric layer is formed, the dielectric laminated film 1 may be formed after the process of the first wiring layer. In this way, a wiring layer can be provided in the kth layer having a thickness dk≈0.7 μm.

また、図35のように、半導体素子層上に配線層を3つ有し、それらの総厚みが3.2μm程度ある場合において、フォトダイオードなどが形成されるシリコン基板1_ωよりも略3.2μm上に多層膜構造を一体的に形成する場合、最上である第3層目の配線層のプロセスの後に誘電体積層膜1を形成すればよいことになる。こうすることで、厚みdk=3.2μmを持つ第k層内に配線層を設けることができる。   Further, as shown in FIG. 35, when three wiring layers are provided on the semiconductor element layer and the total thickness thereof is about 3.2 μm, it is approximately 3.2 μm than the silicon substrate 1_ω on which the photodiode and the like are formed. When the multilayer film structure is integrally formed thereon, the dielectric laminated film 1 may be formed after the process of the uppermost third wiring layer. In this way, a wiring layer can be provided in the kth layer having a thickness dk = 3.2 μm.

ここで、“略3.2μm”と記載したのは、図示のように、本例では、シリコン基板1_ω上に厚みが10nm程度のSiO2層(δ層)を設け、その上に、厚みが65nm程度のSiN層(γ層)を設けており、“3.2μm”は、これらγ,δ層を除くk層の厚さを意味するからである。   Here, “approximately 3.2 μm” is described, as shown in the figure, in this example, a SiO 2 layer (δ layer) having a thickness of about 10 nm is provided on the silicon substrate 1_ω, and the thickness is 65 nm. This is because an approximately SiN layer (γ layer) is provided, and “3.2 μm” means the thickness of the k layer excluding these γ and δ layers.

色フィルタ14やマイクロレンズなどは、この誘電体積層膜1を形成した後に形成すればよい。   The color filter 14 and the microlens may be formed after the dielectric laminated film 1 is formed.

これらに対応する分光イメージセンサ11として、たとえば、図36では、図17に示した第2実施形態の7層構造としつつ、第k層の誘電体層1_k(酸化シリコンSiO2層)とシリコンナイトライドSiN層1_γと酸化シリコンSiO2層1_δの3層分を持つ誘電体積層膜1Cをベースとして、第k層の誘電体層1_kの厚さを700nmにしている。また、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に厚みdγ=65nmもしくは100nmの比較的薄いシリコンナイトライドSiN層1_γを第3の層材として積層し、さらに、この追加した第3の層材とシリコン基板1_ωとの間に、第3の層材よりも小さな屈折率をもつ第4の層材としての酸化シリコンSiO2層1_δを厚みdδ=10nmで積層した誘電体積層膜1Cにしている。   As the spectral image sensor 11 corresponding to these, for example, in FIG. 36, the seven-layer structure of the second embodiment shown in FIG. 17 is used, while the kth dielectric layer 1_k (silicon oxide SiO2 layer) and silicon nitride. The thickness of the dielectric layer 1_k of the kth layer is set to 700 nm based on the dielectric laminated film 1C having three layers of the SiN layer 1_γ and the silicon oxide SiO2 layer 1_δ. In addition, a relatively thin silicon nitride SiN layer 1_γ having a thickness dγ = 65 nm or 100 nm is stacked as a third layer material between the silicon oxide SiO2 of the kth layer and the silicon substrate 1_ω. A dielectric laminated film 1C in which a silicon oxide SiO 2 layer 1_δ as a fourth layer material having a refractive index smaller than that of the third layer material is laminated with a thickness dδ = 10 nm between the layer material 3 and the silicon substrate 1_ω. I have to.

また、図37では、基本となる誘電体積層膜1を9層構造としつつ、第k層の誘電体層1_kの厚さを700nmもしくは3.2μmにしている。また、第k層目の酸化シリコンSiO2とシリコン基板1_ωとの間に厚みdγ=65nmの比較的薄いシリコンナイトライドSiN層1_γを第3の層材として積層し、さらに、この追加した第3の層材とシリコン基板1_ωとの間に、第3の層材よりも小さな屈折率をもつ第4の層材としての酸化シリコンSiO2層1_δを厚みdδ=10nmで積層した誘電体積層膜1Cにしている。   In FIG. 37, the basic dielectric multilayer film 1 has a nine-layer structure, and the thickness of the kth dielectric layer 1_k is set to 700 nm or 3.2 μm. Further, a relatively thin silicon nitride SiN layer 1_γ having a thickness dγ = 65 nm is laminated as a third layer material between the kth layer silicon oxide SiO2 and the silicon substrate 1_ω, and this additional third layer is added. A dielectric laminated film 1C in which a silicon oxide SiO 2 layer 1_δ as a fourth layer material having a refractive index smaller than that of the third layer material is laminated with a thickness dδ = 10 nm between the layer material and the silicon substrate 1_ω. Yes.

これらの反射スペクトルの計算結果は図38〜図40に示すようになる。図37や図36から分かるように、0.7μmや3.2μmほどシリコン基板1_ωり上側に誘電体積層膜1を形成することで、配線プロセスが容易になる。なお、正確には、シリコン基板1_ω直上には第4の層材であるSiO2層と第3の層材であるSiN層の順にそれぞれ10nmと65nm(あるいは100nm)の厚が存在するので、それより上側になる。   The calculation results of these reflection spectra are as shown in FIGS. As can be seen from FIGS. 37 and 36, the wiring process is facilitated by forming the dielectric laminated film 1 on the upper side of the silicon substrate 1_ω by about 0.7 μm or 3.2 μm. To be precise, since the SiO2 layer as the fourth layer material and the SiN layer as the third layer material have thicknesses of 10 nm and 65 nm (or 100 nm), respectively, immediately above the silicon substrate 1_ω. On the top.

ここではSiN膜とSiO2膜とを有する誘電体積層膜1において、7層の場合と9層の場合を示したたが、図39から分かるように、7層の場合に比べて9層まで多層構造の層数を増やすと、赤外光IR領域での反射率Rが0.9を超えて十分になるのが分かる。   Here, in the dielectric laminated film 1 having the SiN film and the SiO 2 film, the case of 7 layers and the case of 9 layers have been shown. However, as can be seen from FIG. It can be seen that when the number of layers of the structure is increased, the reflectance R in the infrared IR region exceeds 0.9 and becomes sufficient.

また図40から分かるように、第k番目の誘電体層1_kの厚みdkが3.2μmの7層構造では、赤外光反射領域でのディップが大きく、結果として反射が大きく低下していることが分かる。しかしながら、これも9層まで層数を増やすと、これらのディップが小さくなり、赤外光IR領域での反射が十分になることが分かる。   As can be seen from FIG. 40, in the seven-layer structure in which the thickness dk of the kth dielectric layer 1_k is 3.2 μm, the dip in the infrared light reflection region is large, and as a result, the reflection is greatly reduced. I understand. However, it can also be seen that when the number of layers is increased to 9 layers, these dips become smaller and reflection in the infrared light IR region becomes sufficient.

また、図38から分かるように、第3の層材であるSiN層の厚さdγが厚いと、可視光VL領域での反射が高くなる。これは、第2実施形態において説明したように、中間層として設ける第3の層材は、可視光領域内における反射を低減することを目的とするものであり、中間層とし設けた誘電体層1_γの厚みdγは、式(6)を満足することが理想的であり、薄い方には十分な余裕があるが、大きい方には余裕が少ないことによると考えられる。   Further, as can be seen from FIG. 38, when the thickness dγ of the SiN layer as the third layer material is thick, the reflection in the visible light VL region becomes high. This is because, as described in the second embodiment, the third layer material provided as the intermediate layer is intended to reduce reflection in the visible light region, and the dielectric layer provided as the intermediate layer. It is ideal that the thickness dγ of 1_γ satisfies the formula (6), and it is considered that the thinner one has a sufficient margin but the larger one has a smaller margin.

このように、従来の配線プロセスを行なった後に、誘電体積層膜1を形成する方が製造が容易となり、新たなプロセスの検討が不必要となりコスト的によい。すなわち図35のようなCMOS構造を作製することで、プロセスも容易にできて、かつ有効な効果が得られることになる。誘電体積層膜1を形成してから配線プロセスをすると、誘電体積層膜1の除去などを行なうなどプロセス的に困難になるのと大きな違いである。   As described above, after the conventional wiring process is performed, the formation of the dielectric laminated film 1 is easier to manufacture, and it is unnecessary to examine a new process, which is good in terms of cost. That is, by producing a CMOS structure as shown in FIG. 35, the process can be facilitated and an effective effect can be obtained. If the wiring process is performed after the dielectric laminated film 1 is formed, it is a big difference from the fact that the process becomes difficult, for example, the dielectric laminated film 1 is removed.

<色分離フィルタ配列;第1例>
図41は、色分離フィルタ配置の第1の具体例(以下第1具体例という)を示す図である。この第1具体例は、可視光カラー画像を撮像するための検知領域以外に、可視光を排除し赤外光のみを受光・検知する検知領域を設けている点に特徴を有する。
<Color Separation Filter Array; First Example>
FIG. 41 is a diagram illustrating a first specific example (hereinafter referred to as a first specific example) of the color separation filter arrangement. The first specific example is characterized in that, in addition to a detection region for capturing a visible light color image, a detection region that excludes visible light and receives and detects only infrared light is provided.

図41(A)に示すように、各色のフィルタをモザイク状に配したいわゆるベイヤー(Bayer)配列の基本形のカラーフィルタを利用しており、先ず、正方格子状に配された単位画素が赤(R),緑(G),青(B)の3色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が2画素×2画素で配されて画素部を構成するようにする。また、可視光を排除し赤外光のみを受光・検知する検知部(検知領域)を設けるべく、2つの緑(G)のうちの一方を黒色フィルタBKに置き換える。つまり、可視光カラー画像用に原色フィルタR,G,Bの3つの波長領域(色成分)用のものと、原色フィルタR,G,Bの成分とは異なる赤外光用の黒色フィルタBKといった別個のフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを規則的に配設している。   As shown in FIG. 41A, a basic color filter having a so-called Bayer arrangement in which filters of respective colors are arranged in a mosaic pattern is used. First, unit pixels arranged in a square lattice pattern are red ( In order to correspond to the three color filters of R), green (G), and blue (B), the repeating unit of the color separation filter is arranged by 2 pixels × 2 pixels to constitute the pixel portion. Further, one of the two green (G) is replaced with a black filter BK in order to provide a detection unit (detection region) that excludes visible light and receives and detects only infrared light. That is, for a visible light color image, a filter for three wavelength regions (color components) of primary color filters R, G, and B and a black filter BK for infrared light different from the primary color filters R, G, and B components are used. Four kinds of color filters having different filter characteristics are regularly arranged.

たとえば、偶数行奇数列には第1のカラー(赤;R)を感知するための第1のカラー画素を配し、奇数行奇数列には第2のカラー(緑;G)を感知するための第2のカラー画素を配し、奇数行偶数列には第3のカラー(青;B)を感知するための第3のカラー画素を配し、偶数行偶数列には赤外光IRを感知するための第4のカラー画素(ここでは黒色補正画素)を配しており、行ごとに異なったG/B、またはR/BKの画素が市松模様状に配置されている。このようなベイヤー配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、G/BまたはR/BKの2色が2つごとに繰り返される。   For example, a first color pixel for sensing a first color (red; R) is arranged in even rows and odd columns, and a second color (green; G) is sensed in odd rows and odd columns. The second color pixels are arranged, the third color pixels for sensing the third color (blue; B) are arranged in the odd rows and even columns, and the infrared light IR is arranged in the even rows and even columns. A fourth color pixel (in this case, a black correction pixel) for sensing is arranged, and different G / B or R / BK pixels are arranged in a checkered pattern for each row. In the basic color filter of such a Bayer arrangement, two colors of G / B or R / BK are repeated every two in the row direction and the column direction.

原色フィルタR,G,Bを通して対応する検知部で検知することで可視光カラー画像を撮像できるとともに、黒色フィルタBKを通して対応する検知部で検知することで赤外光画像を可視光カラー画像とは独立かつ同時に撮像することができる。原色フィルタR,G,Bが配される検知部(検知要素)は、通過波長領域である可視光領域をさらに波長分離して検知するためのものである。   A visible light color image can be picked up by detecting with a corresponding detection unit through primary color filters R, G, B, and an infrared light image is a visible light color image by detecting with a corresponding detection unit through black filter BK. Images can be taken independently and simultaneously. The detection unit (detection element) in which the primary color filters R, G, and B are arranged is for detecting the visible light region, which is the pass wavelength region, by further wavelength separation.

なお、上記例では、可視光カラー画像撮像用の色フィルタ14として、原色フィルタ14R,14G,14Bを用いていたが、補色フィルタCy,Mg,Yeを用いることもできる。補色フィルタCy,Mg,Yeが配される検知部(検知要素)は、通過波長領域である可視光領域をさらに波長分離して検知するためのものである。この場合たとえば、図41(B)に示すように、原色フィルタ14RをイエローYeに、原色フィルタ14GをマゼンタMgに、原色フィルタ14BをシアンCyに、それぞれ置き換えた配置とするとよい。そして、対角に2つ存在することになるマゼンタMgの一方に、補正画素としての黒色フィルタBKを配する。   In the above example, the primary color filters 14R, 14G, and 14B are used as the color filter 14 for capturing a visible light color image. However, complementary color filters Cy, Mg, and Ye can be used. The detection unit (detection element) in which the complementary color filters Cy, Mg, and Ye are arranged is for detecting the visible light region, which is a passing wavelength region, by further wavelength separation. In this case, for example, as shown in FIG. 41B, the primary color filter 14R may be replaced with yellow Ye, the primary color filter 14G may be replaced with magenta Mg, and the primary color filter 14B may be replaced with cyan Cy. Then, a black filter BK as a correction pixel is arranged on one of the magenta Mg that is present on the diagonal.

黒色フィルタが配される画素を除く画素12Cy,12Mg,12Ye上には誘電体積層膜1が形成され、さらにその上に、補色フィルタ14Cy,14Mg,14Yeが設けられ、補色フィルタ14Cy,14Mg,14Yeを通して可視光VLの内の対応するシアンCy、マゼンタMg、およびイエローYeの各色を受光するようにする。つまり、誘電体積層膜を補色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせる。   The dielectric laminated film 1 is formed on the pixels 12Cy, 12Mg, and 12Ye excluding the pixel on which the black filter is disposed, and the complementary color filters 14Cy, 14Mg, and 14Ye are further provided thereon, and the complementary color filters 14Cy, 14Mg, and 14Ye are provided. The corresponding cyan Cy, magenta Mg, and yellow Ye of the visible light VL are received through the light. That is, by forming the dielectric laminated film on the detection portion of a pixel having a complementary color filter, a function capable of effectively cutting infrared light is provided.

また、Cy,Mg,Yeの補色フィルタのみの組合せに限らず、原色フィルタの1つである緑色フィルタGや白色フィルタWを補色フィルタと組み合せたものに対しても、補正画素をなす黒色フィルタBKの画素を設けることもできる。たとえば、図41(C)に示すように、Cy,Mgの2つの補色フィルタとGの原色フィルタとを組み合わせたフィールド蓄積周波数インターリーブ方式用のものにおいて、4画素内に2つ存在する原色フィルタGの内の一方を補正画素としての黒色フィルタBKに置き換えるとよい。   Further, not only a combination of only Cy, Mg, and Ye complementary color filters, but also a black filter BK forming a correction pixel for a combination of a green filter G or a white filter W, which is one of the primary color filters, with a complementary color filter. These pixels can also be provided. For example, as shown in FIG. 41C, in a field storage frequency interleave method in which two complementary color filters of Cy and Mg and a primary color filter of G are combined, two primary color filters G existing in four pixels. One of them may be replaced with a black filter BK as a correction pixel.

<センサ構造の具体例1;CCD対応>
図42および図43は、図41に示した色分離フィルタの配置を持ち、赤外光IRのみと可視光VLの2つの波長成分を同時に像として別々に撮像できるようにしたCCD固体撮像素子を説明する図である。ここで、図42は、構造例を示す見取り図(斜視図)である。また、図43は、基板表面付近の断面構造図である。なおここでは、誘電体積層膜1を利用したCCD固体撮像素子101への適用事例で示している。
<Specific example 1 of sensor structure; compatible with CCD>
42 and 43 show a CCD solid-state imaging device having the arrangement of the color separation filter shown in FIG. 41 and capable of separately capturing two wavelength components of only infrared light IR and visible light VL as images simultaneously. It is a figure explaining. Here, FIG. 42 is a sketch (perspective view) showing a structural example. FIG. 43 is a cross-sectional structure diagram in the vicinity of the substrate surface. Here, an application example to the CCD solid-state imaging device 101 using the dielectric laminated film 1 is shown.

図42に示すCCD固体撮像素子101の構造においては、4画素でなる単位画素マトリクス12だけを示しているが、実際にはこれを横方向に繰り返し、それをさらに縦方向に繰り返した構造である。   In the structure of the CCD solid-state imaging device 101 shown in FIG. 42, only the unit pixel matrix 12 composed of four pixels is shown, but in actuality, this is repeated in the horizontal direction and further repeated in the vertical direction. .

単位画素マトリクス12をなす周期配列の4画素の内、1つの画素12IR上には誘電体積層膜1が形成されていないが黒色フィルタ14BKが設けられていて、この黒色フィルタ14BKを通して赤外光IRのみを受光するようになっている。つまり、赤外光IRの画素12IRの上に、色フィルタ14として黒色フィルタ14BKを用いることによって、可視光VLをカットし、赤外光IRのみを受光できるようにしている。この黒色フィルタ14BKが設けられた画素12IRを黒色画素12BKとも呼ぶ。   Of the four pixels of the periodic arrangement forming the unit pixel matrix 12, the dielectric laminated film 1 is not formed on one pixel 12IR, but the black filter 14BK is provided, and the infrared light IR is passed through the black filter 14BK. Only light is received. That is, by using the black filter 14BK as the color filter 14 on the pixel 12IR of the infrared light IR, the visible light VL is cut and only the infrared light IR can be received. The pixel 12IR provided with the black filter 14BK is also referred to as a black pixel 12BK.

一方、他の3つの画素12B,12G,12R上には誘電体積層膜1が形成され、さらにその上に原色フィルタ14R,14G,14Bが設けられていて、原色フィルタ14R,14G,14Bを通して可視光VLの内の対応する青色B、緑色G、および赤色Rの3原色を受光するようにしている。つまり、誘電体積層膜を3原色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせている。なお、回路構成は、図29に示されるものを採用した。   On the other hand, the dielectric laminated film 1 is formed on the other three pixels 12B, 12G, and 12R, and further, primary color filters 14R, 14G, and 14B are provided thereon, and visible through the primary color filters 14R, 14G, and 14B. Among the light VL, the corresponding three primary colors of blue B, green G, and red R are received. That is, by forming the dielectric laminated film on the detection portion of the pixel having the three primary color filters, a function capable of effectively cutting infrared light is provided. The circuit configuration shown in FIG. 29 was adopted.

また基板表面付近の断面構造図を示した図43では、可視光VLのみを受光する画素を示している。赤外光IRを受光する画素12IRは、誘電体積層膜1および黒色フィルタ14BKがない構造である。すなわち、図33で説明した作製プロセス工程のように誘電体積層膜を図13に示した構造でCVD法でSiN層とSiO2層を順次積層した後、リソグラフィ技術とRIE法によって赤外光IRを受光する画素のみにおいて除去する。その後、再びSiO2層を積層して平坦化した。   FIG. 43 showing a cross-sectional structure near the substrate surface shows a pixel that receives only visible light VL. The pixel 12IR that receives the infrared light IR has a structure without the dielectric laminated film 1 and the black filter 14BK. That is, after the SiN layer and the SiO 2 layer are sequentially laminated by the CVD method with the structure shown in FIG. 13 as in the manufacturing process steps described in FIG. 33, infrared light IR is applied by the lithography technique and the RIE method. It is removed only at the pixels that receive light. Thereafter, the SiO2 layer was laminated again and planarized.

このような構造で作製された撮像素子を用いることで、3原色成分に基づく可視光カラー画像と、赤外光IRのみの像を同時に撮像できることが分かった。すなわち、色フィルタ14Cとして、可視光VLのみを吸収するような黒色フィルタ14BKを設けると、可視光VLをこの黒色フィルタ14BKで吸収させることができ、赤外光IRの画素12IRからの画像データに基づいて赤外光IRのみの像が得られることになる。   It was found that a visible light color image based on the three primary color components and an image of only the infrared light IR can be picked up simultaneously by using the image pickup device manufactured with such a structure. That is, when the black filter 14BK that absorbs only the visible light VL is provided as the color filter 14C, the visible light VL can be absorbed by the black filter 14BK, and the image data from the pixel 12IR of the infrared light IR is added. Based on this, an image of only infrared light IR is obtained.

<色分離フィルタ配列;第2例>
図44は、色分離フィルタ配置の第2の具体例(以下第2具体例という)を示す図である。この第2具体例は、可視光カラー画像を撮像するための検知領域以外に、赤外光とともに可視光の全波長成分をも受光・検知する検知領域を設ける点に特徴を有する。
<Color separation filter arrangement; second example>
FIG. 44 is a diagram showing a second specific example (hereinafter referred to as a second specific example) of the color separation filter arrangement. This second specific example is characterized in that, in addition to a detection region for capturing a visible light color image, a detection region for receiving and detecting all wavelengths of visible light as well as infrared light is provided.

図44(A)に示すように、いわゆるベイヤー配列の基本形のカラーフィルタを利用しており、先ず、正方格子状に配された単位画素が赤(R),緑(G),青(B)の3色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が2画素×2画素で配されて画素部を構成するようにする。また、赤外光とともに可視光の全波長成分を受光・検知する検知部(検知領域)を設けるべく、2つの緑(G)のうちの一方を白色フィルタWに置き換える。つまり、可視光カラー画像用に原色フィルタR,G,Bの3つの波長領域(色成分)用のものと、原色フィルタR,G,Bの成分とは異なる赤外光用の白色フィルタWといった別個のフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを規則的に配設している。   As shown in FIG. 44A, a basic color filter having a so-called Bayer arrangement is used. First, unit pixels arranged in a square lattice are red (R), green (G), and blue (B). In order to correspond to these three color filters, the repeating unit of the color separation filter is arranged by 2 pixels × 2 pixels to constitute a pixel portion. Further, one of the two green (G) is replaced with a white filter W in order to provide a detection unit (detection region) that receives and detects all wavelength components of visible light together with infrared light. That is, for a visible light color image, a filter for three wavelength regions (color components) of primary color filters R, G, and B, and a white filter W for infrared light that is different from the primary color filters R, G, and B components. Four kinds of color filters having different filter characteristics are regularly arranged.

なお、白色フィルタWが配される白色画素は、可視光から赤外光(特に近赤外光)までの全波長の成分を通過させるものであり、この点においては、事実上、カラーフィルタを設けない構成を採ることができる。   Note that the white pixel on which the white filter W is arranged passes all wavelength components from visible light to infrared light (particularly near-infrared light). The structure which does not provide can be taken.

たとえば、偶数行奇数列には第1のカラー(赤;R)を感知するための第1のカラー画素を配し、奇数行奇数列には第2のカラー(緑;G)を感知するための第2のカラー画素を配し、奇数行偶数列には第3のカラー(青;B)を感知するための第3のカラー画素を配し、偶数行偶数列には赤外光IRを感知するための第4のカラー画素(ここでは白画素)を配しており、行ごとに異なったG/B、またはR/Wの画素が市松模様状に配置されている。このようなベイヤー配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、G/BまたはR/Wの2色が2つごとに繰り返される。   For example, a first color pixel for sensing a first color (red; R) is arranged in even rows and odd columns, and a second color (green; G) is sensed in odd rows and odd columns. The second color pixels are arranged, the third color pixels for sensing the third color (blue; B) are arranged in the odd rows and even columns, and the infrared light IR is arranged in the even rows and even columns. A fourth color pixel (in this case, a white pixel) is provided for sensing, and different G / B or R / W pixels are arranged in a checkered pattern for each row. In the color arrangement of the basic color filter of such a Bayer arrangement, two colors of G / B or R / W are repeated every two in both the row direction and the column direction.

原色フィルタR,G,Bを通して対応する検知部で検知することで可視光カラー画像を撮像できるとともに、白色フィルタWを通して対応する検知部で検知することで赤外光画像、もしくは赤外光と可視光の混在画像を可視光カラー画像とは独立かつ同時に撮像することができる。たとえば、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光する画素12IRからの画素データをそのまま用いることで、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像を得ることができ、感度を高くすることができる。また、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像とともに可視光VLの像が得られるが、両者の差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。   A visible color image can be taken by detecting the corresponding color through the primary color filters R, G, and B, and an infrared image or infrared light or visible by detecting the corresponding color through the white filter W. The mixed image of light can be taken independently and simultaneously with the visible light color image. For example, by using the pixel data from the pixel 12IR that receives the mixed component of the infrared light IR and the visible light VL as they are, an image of the mixed component of the infrared light IR and the visible light VL can be obtained, and the sensitivity is increased. can do. Further, an image of visible light VL is obtained together with an image of a mixed component of infrared light IR and visible light VL. By taking the difference between the two, an image of only infrared light IR can be obtained.

なお、上記例では、可視光カラー画像撮像用の色フィルタ14として、原色フィルタ14R,14G,14Bを用いていたが、補色フィルタCy,Mg,Yeを用いることもできる。この場合たとえば、図44(B)に示すように、原色フィルタ14RをイエローYeに、原色フィルタ14GをマゼンタMgに、原色フィルタ14BをシアンCyに、それぞれ置き換えた配置とするとよい。そして、対角に2つ存在することになるマゼンタMgの一方に、赤外光像取得用の白色フィルタWを配する。   In the above example, the primary color filters 14R, 14G, and 14B are used as the color filter 14 for capturing a visible light color image. However, complementary color filters Cy, Mg, and Ye can be used. In this case, for example, as shown in FIG. 44B, the primary color filter 14R may be replaced with yellow Ye, the primary color filter 14G may be replaced with magenta Mg, and the primary color filter 14B may be replaced with cyan Cy. Then, a white filter W for acquiring an infrared light image is arranged on one of magenta Mg that will exist at two diagonals.

白色フィルタが配される画素を除く画素12Cy,12Mg,12Ye上には誘電体積層膜1が形成され、さらにその上に、補色フィルタ14Cy,14Mg,14Yeが設けられ、補色フィルタ14Cy,14Mg,14Yeを通して可視光VLの内の対応するシアンCy、マゼンタMg、およびイエローYeの各色を受光するようにする。つまり、誘電体積層膜を補色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせる。   The dielectric laminated film 1 is formed on the pixels 12Cy, 12Mg, and 12Ye excluding the pixel on which the white filter is disposed, and the complementary color filters 14Cy, 14Mg, and 14Ye are further provided thereon, and the complementary color filters 14Cy, 14Mg, and 14Ye are provided. The corresponding cyan Cy, magenta Mg, and yellow Ye of the visible light VL are received through the light. That is, by forming the dielectric laminated film on the detection portion of a pixel having a complementary color filter, a function capable of effectively cutting infrared light is provided.

また、Cy,Mg,Yeの補色フィルタのみの組合せに限らず、原色フィルタの1つである緑色フィルタGを補色フィルタと組み合せたものに対しても、補正画素をなす白色フィルタWの画素を設けることもできる。たとえば、図44(C)に示すように、Cy,Mgの2つの補色フィルタとGの原色フィルタとを組み合わせたフィールド蓄積周波数インターリーブ方式用のものにおいて、4画素内に2つ存在する原色フィルタGの内の一方を補正画素としての白色フィルタWに置き換えるとよい。   Further, not only a combination of only Cy, Mg, and Ye complementary color filters, but also a white filter W pixel that forms a correction pixel is provided for a combination of a green filter G that is one of the primary color filters and a complementary color filter. You can also. For example, as shown in FIG. 44C, in a field accumulation frequency interleave method in which two complementary color filters of Cy and Mg and a primary color filter of G are combined, two primary color filters G existing in four pixels. One of them may be replaced with a white filter W as a correction pixel.

ところで、白色補正画素12Wは、可視光VLから赤外光IRまで広い波長領域において感度があるので、可視光カラー画像撮像用の画素(ここでは原色フィルタが配された原色画素)に比べて信号が飽和し易く、特に明るい環境下での撮像においては、この飽和現象が問題となり得る。具体的には、明るい環境下では、適正な赤外光画像を取得できない。   By the way, since the white correction pixel 12W has sensitivity in a wide wavelength region from visible light VL to infrared light IR, the signal is compared with a pixel for imaging a visible light color image (here, a primary color pixel provided with a primary color filter). Is easily saturated, and this saturation phenomenon can be a problem particularly in imaging in a bright environment. Specifically, an appropriate infrared light image cannot be acquired in a bright environment.

この飽和の問題を解消するには、白色フィルタWが配される検知部の検知時間を駆動制御部146により制御するとよい。たとえば、明るい環境下での撮像においては、シャッタ機能(メカシャッタに限らず電子シャッタを含む)を利用した露光制御を用いて、高速で撮像するようにするとよい。たとえば、撮像素子に対して短い周期で露光を行なって、その撮像素子(詳しくは検知部)から画素信号を読み出して、それを画像信号処理部140に送ってもよい。   In order to eliminate this saturation problem, the drive control unit 146 may control the detection time of the detection unit provided with the white filter W. For example, in imaging in a bright environment, it is preferable to perform imaging at high speed using exposure control using a shutter function (including not only a mechanical shutter but also an electronic shutter). For example, the image sensor may be exposed with a short cycle, and a pixel signal may be read from the image sensor (specifically, a detection unit) and sent to the image signal processing unit 140.

この場合、たとえば60フレーム/秒より高いレートで露光と信号読出し行なうことで飽和に対して効果が高まる。あるいは単に0.01667秒より短い時間(蓄積時間)で信号読出し行なうことができればよい。この場合、たとえば、オーバーフローを用いて基板側に電荷信号を排出することで実効的に短い時間での電荷の蓄積を読み出してもよい。   In this case, for example, exposure and signal readout are performed at a rate higher than 60 frames / second, thereby increasing the effect on saturation. Alternatively, it is only necessary that the signal can be read out in a time shorter than 0.01667 seconds (accumulation time). In this case, for example, the accumulation of charges in an effectively short time may be read by discharging the charge signal to the substrate side using overflow.

さらに望ましくは240フレーム/秒より高いレートで露光と信号読出し行なうことで飽和に対しての効果をさらに向上させることができる。あるいは単に4.16ミリ秒より短い時間(蓄積時間)で信号読出し行なうことができればよい。   More preferably, the effect on saturation can be further improved by performing exposure and signal readout at a rate higher than 240 frames / second. Alternatively, it is only necessary that the signal can be read out in a time shorter than 4.16 milliseconds (accumulation time).

なお、このように飽和しないように短い時間(蓄積時間)で電荷を読み出す対象画素は、白色補正画素12Wのみとしてもよいし、可視光カラー画像撮像用の他の画素(ここでは原色フィルタが配された原色画素)を含む全画素としてもよい。   Note that the target pixel from which charges are read out in a short time (accumulation time) so as not to be saturated in this way may be only the white correction pixel 12W, or another pixel for capturing a visible light color image (here, a primary color filter is arranged). All the pixels including the primary color pixels).

また、さらに短い露光時間で読み取った信号を2回以上積算することで、暗部における弱い信号を強い信号に変換し、S/N比を高めてもよい。たとえば、このようにすることで、暗い環境下で撮像しても、また明るい環境下で撮像しても適切な感度と高いS/N比が得られ、ダイナミックレンジが広がることになる。つまり、高速で撮像することで白色補正画素12Wでの飽和が起き難くなるとともに、信号を積算することで広いダイナミックレンジがとれるようになる。   Further, by integrating the signals read with a shorter exposure time twice or more, the weak signal in the dark portion may be converted into a strong signal, and the S / N ratio may be increased. For example, in this way, appropriate sensitivity and a high S / N ratio can be obtained and the dynamic range can be widened even when imaged in a dark environment or imaged in a bright environment. That is, it is difficult to cause saturation at the white correction pixel 12W by imaging at a high speed, and a wide dynamic range can be obtained by integrating the signals.

<センサ構造の具体例2;CCD対応>
図45は、図44に示した色分離フィルタの配置を持ち、赤外光IRと可視光VLの2つの波長成分を同時に像として別々に撮像できるようにしたCCD固体撮像素子を説明する図である。ここで、図45は、構造例を示す見取り図(斜視図)である。なおここでは、誘電体積層膜を利用したCCD固体撮像素子101への適用事例で示している。基板表面付近の断面構造図は図43と同様である。
<Specific example 2 of sensor structure; compatible with CCD>
FIG. 45 is a diagram for explaining a CCD solid-state imaging device having the arrangement of the color separation filter shown in FIG. 44 and capable of separately capturing two wavelength components of infrared light IR and visible light VL as images simultaneously. is there. Here, FIG. 45 is a sketch (perspective view) showing a structural example. Here, an example of application to a CCD solid-state imaging device 101 using a dielectric laminated film is shown. The cross-sectional structure near the substrate surface is the same as FIG.

図45に示すCCD固体撮像素子101の構造においては、4画素でなる単位画素マトリクス12だけを示しているが、実際にはこれを横方向に繰り返し、それをさらに縦方向に繰り返した構造である。   In the structure of the CCD solid-state imaging device 101 shown in FIG. 45, only the unit pixel matrix 12 consisting of four pixels is shown. However, this is actually a structure in which this is repeated in the horizontal direction and further repeated in the vertical direction. .

単位画素マトリクス12をなす周期配列の4画素の内、1つの画素12IR上には誘電体積層膜1が形成されていないし色フィルタ14が設けられておらず、色フィルタ14を通さずに赤外光IRを受光するようになっている。この場合、画素12IRでは、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光できるようになる。この色フィルタ14が設けられていない画素12IRを白色画素12Wあるいは全域通過画素と呼ぶ。   Of the four pixels of the periodic arrangement forming the unit pixel matrix 12, the dielectric laminated film 1 is not formed on one pixel 12IR, the color filter 14 is not provided, and the infrared rays are not passed through the color filter 14. Light IR is received. In this case, the pixel 12IR can receive a mixed component of the infrared light IR and the visible light VL. The pixel 12IR not provided with the color filter 14 is referred to as a white pixel 12W or an all-pass pixel.

このように、誘電体積層膜1を形成しなかった画素12IRにおいて、赤外光IRだけでなく可視光VLも同時に信号に寄与するように、白色画素12Wについては、色フィルタ14を入れない。こうすることで、実質的に、赤外光用の画素12IRを、赤外光IR用のみでなく、赤外光IR用と可視光VL用を兼ねる画素として機能させることができる。   As described above, in the pixel 12IR in which the dielectric laminated film 1 is not formed, the color filter 14 is not inserted in the white pixel 12W so that not only the infrared light IR but also the visible light VL simultaneously contributes to the signal. By doing so, the infrared light pixel 12IR can substantially function as a pixel that serves not only for the infrared light IR but also for the infrared light IR and the visible light VL.

一方、他の3つの画素12B,12G,12R上には誘電体積層膜1が形成され、さらにその上に、原色フィルタ14R,14G,14Bが設けられていて、原色フィルタ14R,14G,14Bを通して可視光VLの内の対応する青色B、緑色G、および赤色Rの3原色を受光するようにしている。つまり、誘電体積層膜を3原色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせている。第2具体例において用いる原色フィルタ14R,14G,14Bとしては、図64(A)に示した第1具体例と同様のものを用いることができる。なお、回路構成は、図29に示されるものを採用した。   On the other hand, the dielectric laminated film 1 is formed on the other three pixels 12B, 12G, and 12R, and further, primary color filters 14R, 14G, and 14B are provided thereon, and the primary color filters 14R, 14G, and 14B are passed through. Of the visible light VL, corresponding three primary colors of blue B, green G, and red R are received. That is, by forming the dielectric laminated film on the detection portion of the pixel having the three primary color filters, a function capable of effectively cutting infrared light is provided. As the primary color filters 14R, 14G, and 14B used in the second specific example, those similar to the first specific example shown in FIG. 64A can be used. The circuit configuration shown in FIG. 29 was adopted.

このような構造で作製された撮像素子を用いることで、3原色成分に基づく可視光カラー画像と、赤外光IRのみの像または赤外光IRと可視光VLの混合の像を同時に撮像できることが分かった。たとえば、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光する画素12IRからの画素データをそのまま用いることで、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像を得ることができ、感度を高くすることができる。また、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像とともに可視光VLの像が得られるが、両者の差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。   Capable of simultaneously capturing visible light color images based on the three primary color components and an infrared light IR-only image or a mixture of infrared light IR and visible light VL by using an image sensor manufactured with such a structure. I understood. For example, by using the pixel data from the pixel 12IR that receives the mixed component of the infrared light IR and the visible light VL as they are, an image of the mixed component of the infrared light IR and the visible light VL can be obtained, and the sensitivity is increased. can do. Further, an image of visible light VL is obtained together with an image of a mixed component of infrared light IR and visible light VL. By taking the difference between the two, an image of only infrared light IR can be obtained.

なお、図示を割愛するが、白色フィルタ14Wを可視光領域の内のG色成分と赤外光成分とを通過させ、残り(可視光領域の内のB色成分とR色成分)を遮断する緑色フィルタに置き換えるなど、赤外光とともに可視光内のある特定の波長成分を受光・検知する検知領域を設ける構成を採ることもできる。   Although not shown, the white color filter 14W passes the G color component and the infrared light component in the visible light region and blocks the rest (the B color component and the R color component in the visible light region). A configuration in which a detection region for receiving and detecting a specific wavelength component in visible light as well as infrared light is provided, such as replacement with a green filter.

この場合でも、赤外光IRと可視光VLの内のある波長成分を受光する画素12IRからの画素データをそのまま用いることで、赤外光IRと可視光VLの内のある波長成分の混合成分の像を得ることができ、感度を高くすることができる。また、その混合成分の像とともに可視光VLの像が得られるが、可視光VLの像の内の前記ある波長成分との差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。   Even in this case, by using the pixel data from the pixel 12IR that receives a certain wavelength component of the infrared light IR and the visible light VL as they are, a mixed component of the certain wavelength component of the infrared light IR and the visible light VL is used. Image can be obtained, and the sensitivity can be increased. An image of the visible light VL is obtained together with the image of the mixed component, and an image of only the infrared light IR is obtained by taking a difference from the certain wavelength component in the image of the visible light VL.

<色分離フィルタの他の配置例>
図46〜図52は、解像度低下を考慮した画素配列を説明する図である。画素配列に関して言えば、図41や図44のような配列構造を適用した場合、単純に従来のRGB原色フィルタやCyMgYe補色フィルタ(あるいは原色フィルタG)の可視光の画素に、赤外光(または赤外光と可視光の混合)検知用の画素を追加することになる。
<Other arrangement examples of the color separation filter>
46 to 52 are diagrams for explaining pixel arrangements in consideration of a decrease in resolution. Regarding the pixel arrangement, when the arrangement structure as shown in FIGS. 41 and 44 is applied, the infrared light (or the conventional RGB primary color filter or the CyMgYe complementary color filter (or the primary color filter G) is applied to the visible light pixel. Pixels for detection) (mixture of infrared light and visible light) are added.

たとえば、本来、可視光カラー画像撮像用の緑色画素Gやマゼンタ色画素Mgが、黒色補正画素や白色画素や緑色補正画素もしくはマゼンタ色補正画素に置き換わることになり、可視光カラー画像および赤外光画像の何れについても、解像度低下を招く可能性がある。たとえば、従来のRGBベイヤー配列のGの1つの画素を赤外画素に置き換えると、解像度が低下する。しかしながら、補正画素と解像度に大きく寄与する波長成分の画素(たとえば緑色画素G)の配置態様を工夫することで、この解像度低下の問題を解消することができる。   For example, a green pixel G or a magenta color pixel Mg for imaging a visible light color image is originally replaced with a black color correction pixel, a white color pixel, a green color correction pixel, or a magenta color correction pixel. Any of the images may cause a reduction in resolution. For example, when one pixel of G in the conventional RGB Bayer array is replaced with an infrared pixel, the resolution decreases. However, by devising the arrangement of the correction pixel and the wavelength component pixel (for example, the green pixel G) that greatly contributes to the resolution, it is possible to solve this resolution reduction problem.

この際に重要なことは、従来と同様に、各色のフィルタをモザイク状に配した色分離フィルタ構造を採用する場合、赤外光(または赤外光と可視光の混在)の画素がある一定の格子間隔を持ってモザイク模様になるようにするとともに、可視光の原色系RGBまたは補色系CyMgYe画素の内の1つの画素がある一定の格子間隔を持ってモザイク模様になるように配置することである。   In this case, what is important is that when a color separation filter structure in which filters of each color are arranged in a mosaic pattern is adopted as in the prior art, there is a certain pixel for infrared light (or a mixture of infrared light and visible light). And a mosaic pattern with a certain grid spacing, and a mosaic pattern with a primary grid of RGB or complementary color CyMgYe pixels of visible light. It is.

ここで、「モザイク模様になるようにする」とは、ある色画素に着目したとき、それらがある一定の格子間隔を持って格子状に配列されるようにすることを意味する。必ずしも、その色画素が隣接することを必須とはしない。なお、色画素が隣接する配置態様を採った場合の典型例としては、赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた碁盤目模様(市松模様)となるようにする配置態様がある。あるいは、可視光の原色系RGBまたは補色系CyMgYe画素の内の1つの画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた碁盤目模様(市松模様)となるようにする配置態様がある。   Here, “to make a mosaic pattern” means that when attention is paid to a certain color pixel, they are arranged in a grid pattern with a certain grid interval. The color pixels are not necessarily required to be adjacent to each other. As a typical example of the arrangement mode in which the color pixels are adjacent to each other, an arrangement mode in which a square pattern (checkered pattern) in which squares of infrared light pixels and other color pixels are arranged alternately is arranged. is there. Alternatively, there is an arrangement mode in which a square pattern (checkered pattern) is formed by alternately arranging squares of one pixel of the primary color RGB or complementary color CyMgYe pixels of visible light and the other color pixels.

<原色フィルタへの適用例>
たとえば、RGB原色フィルタを用いつつ可視光カラー画像の解像度低下を抑えるには、可視光領域のGの画素の配置密度を維持し、可視光領域の残りのRもしくはBの画素を、補正用の黒画素や白画素や緑色画素に置き換えるとよい。たとえば図46に示すように、2行2列の単位画素マトリクス12内において、先ず、奇数行奇数列および偶数行偶数列に可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Gを配し、偶数行奇数列には補正用の黒画素(図46(A))や白画素(図46(B))や緑色画素(図示せず)を配する。
<Application example to primary color filter>
For example, in order to suppress the degradation of the resolution of the visible light color image while using the RGB primary color filter, the arrangement density of the G pixels in the visible light region is maintained, and the remaining R or B pixels in the visible light region are corrected. Replace with black, white, or green pixels. For example, as shown in FIG. 46, in the unit pixel matrix 12 of 2 rows and 2 columns, first, color pixels G for sensing the green component of the visible light region are arranged in the odd rows and odd columns and even rows and even columns, Correction black pixels (FIG. 46A), white pixels (FIG. 46B), and green pixels (not shown) are arranged in even rows and odd columns.

また、単位画素マトリクス12の列方向の奇数番目においては、行方向の奇数番目の単位画素マトリクス12における奇数行偶数列に可視光領域の青色成分を感知するためのカラー画素Bを配し、行方向の偶数番目の単位画素マトリクス12における奇数行偶数列に可視光領域の赤色成分を感知するためのカラー画素Rを配する。単位画素マトリクス12の列方向の偶数番目においては、カラー画素Bとカラー画素Rの配置を逆にする。全体としては、色フィルタ14の繰返しサイクルは、2×2の単位画素マトリクス12で完結することになる。   In the odd-numbered unit pixel matrix 12 in the column direction, color pixels B for sensing the blue component of the visible light region are arranged in the odd-numbered and even-numbered columns in the odd-numbered unit pixel matrix 12 in the row direction. Color pixels R for sensing the red component of the visible light region are arranged in odd rows and even columns in the even-numbered unit pixel matrix 12 in the direction. In the even number in the column direction of the unit pixel matrix 12, the arrangement of the color pixels B and the color pixels R is reversed. As a whole, the repetition cycle of the color filter 14 is completed with the 2 × 2 unit pixel matrix 12.

この図46に示すような配置形態の場合、可視光の原色系RGB画素の内の1つの画素Gとその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Gの配置密度をベイヤー配列と同じにできるので、可視光カラー画像の解像度の低下はなくなる。   In the case of the arrangement form as shown in FIG. 46, a checkerboard arrangement mode in which squares of one pixel G of the primary color RGB pixels of the visible light and the other color pixels are alternately arranged is used. Since the arrangement density of the color pixels G that greatly contribute to the resolution in the color image can be made the same as that of the Bayer array, the resolution of the visible light color image is not lowered.

ただし、カラー画素Rとカラー画素Bの配置密度はベイヤー配列に対して1/2になるのでカラー分解能が低下する。しかしながら、色に関する人間の視感度は、緑Gに比べて赤Bや青Bは劣るので、大きな問題にはならないと考えてよい。一方、補正画素を利用した赤外光画像に関しては、補正画素の配置密度が、可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Gに対して1/2になるので、分解能は可視光カラー画像よりも劣る。   However, since the arrangement density of the color pixels R and B is ½ of the Bayer arrangement, the color resolution is lowered. However, the human visual sensitivity regarding the color may be considered not to be a big problem because red B and blue B are inferior to green G. On the other hand, regarding the infrared light image using the correction pixels, the arrangement density of the correction pixels is ½ that of the color pixels G for sensing the green component in the visible light region, so that the resolution is visible light color. Inferior to image.

たとえば、図47に示すような透過スペクトル特性を呈する黒色フィルタ14BKを用いて、図46(A)に示すような配置態様で黒色補正画素を配した、図31に示される層構造(可視光を受光する画素に対応する断面構造図は図35)のCMOS固体撮像素子(画素回路構成は図31)を図33の作製プロセス工程のようにして製造して実験をしてみたところ、3原色の可視光の高解像度カラー画像と、カラー画像よりは低解像度ではあるが比較的高解像度の赤外光の像を同時に撮像できることが分かった。   For example, using a black filter 14BK exhibiting transmission spectrum characteristics as shown in FIG. 47, the black correction pixels are arranged in an arrangement manner as shown in FIG. The cross-sectional structure diagram corresponding to the light-receiving pixel is shown in FIG. 35). A CMOS solid-state imaging device (pixel circuit configuration is FIG. 31) is manufactured as shown in FIG. It was found that a high-resolution color image of visible light and an image of infrared light having a relatively high resolution but a lower resolution than a color image can be simultaneously captured.

また、図46(B)に示すような配置態様で白色画素を配した、図37に示される層構造(可視光を受光する画素に対応する断面構造図は図35)のCMOS固体撮像素子(画素回路構成は図31)を図33の作製プロセス工程のようにして製造して実験をしてみたところ、3原色の可視光の高解像度カラー画像と、カラー画像よりは低解像度ではあるが比較的高解像度の赤外光と可視光とが混在した画像を同時に撮像でき、また3原色の可視光画素R,G,Bで検知される青、赤、緑の強度を減じることで、赤外光のみの画像を同時に撮像できることが分かった。   In addition, a CMOS solid-state imaging device (shown in FIG. 35 is a cross-sectional structure diagram corresponding to a pixel that receives visible light) in which white pixels are arranged in an arrangement mode as shown in FIG. The pixel circuit configuration shown in FIG. 31) was manufactured in the same manner as the manufacturing process shown in FIG. 33, and an experiment was conducted. As a result, a high-resolution color image of three primary colors of visible light was compared with a lower resolution than a color image. Image with a mixture of high-resolution infrared light and visible light at the same time, and by reducing the intensities of blue, red, and green detected by the visible light pixels R, G, and B of the three primary colors, infrared It was found that a light-only image can be taken simultaneously.

また、飽和しないように、全ての画素を短い時間で露光し電荷信号を読み出し、さらに短い時間で読み取った信号を2回以上積算することで、大きい信号に変換することができ、暗い環境下で撮像しても、また明るい環境下で撮像しても、適切な感度が得られ、ダイナミックレンジが広がることを確認した。   In order not to saturate, all the pixels are exposed in a short time, the charge signal is read out, and the signal read in a shorter time is integrated twice or more, so that it can be converted into a large signal. It was confirmed that appropriate sensitivity was obtained and the dynamic range was widened even if the image was taken or in a bright environment.

また、図46(A)に示すような黒色補正画素と多層膜を組み合わせた構造や図46(B)に示すような白色画素と多層膜を組み合わせた構造は、CMOS固体撮像素子のみならず、図43に示されるようなCCD構造に作製しても同様な効果が確認された。   Further, the structure in which the black correction pixel and the multilayer film are combined as shown in FIG. 46A and the structure in which the white pixel and the multilayer film are combined as shown in FIG. A similar effect was confirmed even when a CCD structure as shown in FIG. 43 was fabricated.

また、赤外光画像の解像度低下を抑えるには、たとえば図48に示すように、図46に示す可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Gと、補正用の黒画素(図48(A))や白画素(図48(B))や緑色画素(図示せず)の配置を入れ替えるとよい。この場合、補正画素としての赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、補正画素の配置密度をベイヤー配列の場合と同じにできるので、赤外光画像の解像度の低下はなくなる。ただし、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Gの配置密度は、補正画素に対して1/2になるので、可視光カラー画像は、赤外光画像の分解能よりも劣る。カラー分解能に関しては、図46の場合と同様である。   In order to suppress the resolution reduction of the infrared light image, for example, as shown in FIG. 48, the color pixel G for detecting the green component in the visible light region shown in FIG. 46 and the black pixel for correction (FIG. 48). (A)), white pixels (FIG. 48B), and green pixels (not shown) may be interchanged. In this case, a checkered pattern arrangement mode in which squares of infrared light pixels and other color pixels are alternately arranged as correction pixels is adopted, and the correction pixel arrangement density can be the same as in the Bayer array, The resolution of the infrared light image is not reduced. However, since the arrangement density of the color pixels G that greatly contributes to the resolution in the visible light color image is ½ that of the correction pixel, the visible light color image is inferior to the resolution of the infrared light image. The color resolution is the same as in FIG.

たとえば、図47に示すような透過スペクトル特性を呈する黒色フィルタ14BKを用いて、図48(A)に示すような配置態様で黒色補正画素を配したCCD固体撮像素子(画素回路構成は図29、可視光を受光する画素に対応する断面構造図は図43)を製造して実験をしてみたところ、高解像度の赤外光画像と、赤外光画像よりは低解像度ではあるが比較的高解像度の可視光カラー画像を同時に撮像できることが分かった。   For example, a CCD solid-state imaging device in which black correction pixels are arranged in an arrangement mode as shown in FIG. 48A using a black filter 14BK exhibiting transmission spectrum characteristics as shown in FIG. The cross-sectional structure diagram corresponding to the pixel that receives visible light is shown in FIG. 43), and an experiment was conducted. As a result, a high-resolution infrared image and a relatively high resolution image that is lower in resolution than the infrared image. It was found that a visible color light image with a resolution could be taken simultaneously.

また、図46(B)に示すような配置態様で白色画素を配したCCD固体撮像素子(画素回路構成は図29、可視光を受光する画素に対応する断面構造図は図43)を製造して実験をしてみたところ、高解像度の赤外光と可視光とが混在した画像を同時に撮像でき、また3原色の可視光画素R,G,Bで検知される青、赤、緑の強度を減じることで高解像度の赤外光のみの画像を撮像でき、同時に、赤外光画像よりは低解像度ではあるが比較的高解像度の可視光カラー画像を撮像できることが分かった。   In addition, a CCD solid-state imaging device in which white pixels are arranged as shown in FIG. 46B (a pixel circuit configuration is shown in FIG. 29, and a cross-sectional structure diagram corresponding to a pixel receiving visible light is shown in FIG. 43) is manufactured. As a result of experiments, it was possible to simultaneously capture an image in which high-resolution infrared light and visible light were mixed, and to detect the intensities of blue, red, and green detected by the three primary colors of visible light pixels R, G, and B. It was found that the image of only the high-resolution infrared light can be taken by reducing the image quality, and at the same time, the visible light color image having a relatively high resolution can be taken although the resolution is lower than that of the infrared light image.

何れも、赤外光カットフィルタを使用しなくても、赤外光のある環境下で撮像しても色再現がよく、また白色画素を配した構成の場合には、白色画素から得られる可視光成分を使って、3原色の可視光画素に基づき得られる輝度信号に補正を加えることで、さらに色再現性とは独立して、可視光カラー画像の高感度化を図ることができることも確かめられた。   In any case, the color reproduction is good even if an infrared light cut-off filter is not used or an image is picked up in an environment with infrared light. It has also been confirmed that the sensitivity of visible color images can be increased independently of color reproducibility by correcting the luminance signal obtained based on the visible light pixels of the three primary colors using light components. It was.

また、飽和しないように、白画素のみをオーバーフローを用いて短い時間で電荷を読み出し、さらに短い時間で読み取った信号を2回以上積算することで、大きい信号に変換することができ、暗い環境下で撮像しても、また明るい環境下で撮像しても、適切な感度が得られ、ダイナミックレンジが広がることを確認した。   In order not to saturate, it is possible to convert only a white pixel into a large signal by reading out the charge in a short time using overflow, and integrating the signals read in a shorter time twice or more. It was confirmed that appropriate sensitivity was obtained and the dynamic range was widened even if the camera was picked up with a lens or in a bright environment.

また、図48(A)に示すような黒色補正画素と多層膜を組み合わせた構造や図48(B)に示すような白色画素と多層膜を組み合わせた構造は、CCD固体撮像素子のみならず、CMOS固体撮像素子構造で作製しても同様な効果が確認された。   Further, the structure combining the black correction pixel and the multilayer film as shown in FIG. 48A and the structure combining the white pixel and the multilayer film as shown in FIG. Similar effects were confirmed even when fabricated with a CMOS solid-state imaging device structure.

図49は、可視光カラー画像とは独立に赤外光画像を取得するための画素を設ける場合における他の画素配列を説明する図である。この変形態様は、赤外光画像取得用の画素に配する色フィルタの色を複数組み合わせる点に特徴を有する。たとえば、図49に示す例では、第1具体例と第2具体例とを組み合わせており、赤外光画像取得用の画素として黒色フィルタ14BKと白色フィルタ14Wとを単位画素マトリクス12に対して交互に配している。ここで、図49(A)は図41と図44との組合せ、図49(B)は図46(A),(B)の組合せ、図49(C)は図48(A),(B)の組合せである。   FIG. 49 is a diagram for explaining another pixel arrangement in the case of providing pixels for acquiring an infrared light image independently of a visible light color image. This modification is characterized in that a plurality of color filter colors arranged on the infrared light image acquisition pixel are combined. For example, in the example shown in FIG. 49, the first specific example and the second specific example are combined, and the black filter 14BK and the white filter 14W are alternately arranged with respect to the unit pixel matrix 12 as pixels for acquiring the infrared light image. Is arranged. 49A is a combination of FIGS. 41 and 44, FIG. 49B is a combination of FIGS. 46A and 46B, and FIG. 49C is a combination of FIGS. ).

このような組合せの配置態様とすることで、たとえば白色画素12Wは主に高感度化のために使用し、黒色画素12BKは通常の照度や高照度時のために使用することができる。また、両者の出力を合成することで、低照度レベルから高照度レベルまでの再現域を持つようにでき、ダイナミックレンジの拡大を図ることもできる。   By adopting such a combination arrangement, for example, the white pixel 12W can be used mainly for high sensitivity, and the black pixel 12BK can be used for normal illuminance or high illuminance. Also, by combining the outputs of both, a reproduction range from a low illuminance level to a high illuminance level can be obtained, and the dynamic range can be expanded.

<補色フィルタへの適用例>
また、CyMgYe補色フィルタを用いつつ可視光カラー画像の解像度低下を抑えるには、可視光領域のMgの画素の配置密度を維持し、可視光領域の残りのRもしくはBの画素を、赤外光画像取得用の黒画素や白画素や緑色画素に置き換えるとよい。たとえば図50に示すように、2行2列の単位画素マトリクス12内において、先ず、奇数行奇数列および偶数行偶数列に可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Mgを配し、偶数行奇数列には赤外光画像取得用の黒画素(図50(A))や白画素(図50(B))やマゼンタ色画素(図示せず)を配する。なお、マゼンタ色Mgの内の一方を緑色Gに置き換えることもできる。
<Application to complementary color filter>
In order to suppress the reduction in the resolution of the visible light color image while using the CyMgYe complementary color filter, the arrangement density of the Mg pixels in the visible light region is maintained, and the remaining R or B pixels in the visible light region are replaced with infrared light. It may be replaced with black pixels, white pixels, or green pixels for image acquisition. For example, as shown in FIG. 50, in the unit pixel matrix 12 of 2 rows and 2 columns, first, the color pixels Mg for sensing the magenta color component in the visible light region are arranged in the odd rows and odd columns and even rows and even columns. In the even rows and odd columns, black pixels (FIG. 50A), white pixels (FIG. 50B), and magenta pixels (not shown) for acquiring an infrared light image are arranged. One of the magenta colors Mg can be replaced with green G.

この場合、可視光の補色系CyMgYe画素の内の1つの画素Mgとその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Mgの配置密度をベイヤー配列と同じにできるので、可視光カラー画像の解像度の低下はなくなる。   In this case, a checkered pattern arrangement in which one pixel Mg of the complementary color CyMgYe pixels of visible light and the squares of the other color pixels are alternately arranged is adopted, and the color greatly contributes to the resolution in the visible light color image. Since the arrangement density of the pixels Mg can be made the same as that of the Bayer array, the resolution of the visible light color image is not lowered.

なお、カラー画素Cyとカラー画素Yeの配置密度はカラー画素Mgの配列に対して1/2になるのでカラー分解能が低下するが、色に関する人間の視感度は低く大きな問題にはならないと考えてよい。また、補正画素を利用した赤外光画像に関しては、補正画素(赤外光画素)の配置密度が、可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Mgに対して1/2になるので、分解能は可視光カラー画像よりも劣る。   In addition, since the arrangement density of the color pixels Cy and the color pixels Ye is ½ that of the arrangement of the color pixels Mg, the color resolution is lowered. Good. In addition, regarding the infrared light image using the correction pixel, the arrangement density of the correction pixels (infrared light pixels) is ½ of the color pixel Mg for detecting the magenta color component in the visible light region. Therefore, the resolution is inferior to that of a visible light color image.

また、赤外光画像の解像度低下を抑えるには、たとえば図51に示すように、可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Mgと、赤外光画像取得用の黒画素(図51(A))や白画素(図51(A))やマゼンタ色画素(図示せず)の配置を入れ替えるとよい。この場合、補正画素としての赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、補正画素の配置密度をベイヤー配列の場合と同じにできるので、赤外光画像の解像度の低下はなくなる。ただし、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Mgの配置密度は、補正画素に対して1/2になるので、可視光カラー画像は、赤外光画像の分解能よりも劣る。カラー分解能に関しては、図50の場合と同様である。   Further, in order to suppress the reduction in the resolution of the infrared light image, for example, as shown in FIG. 51, the color pixel Mg for sensing the magenta color component in the visible light region and the black pixel for obtaining the infrared light image (FIG. 51 (A)), white pixels (FIG. 51A), and magenta color pixels (not shown) may be replaced. In this case, a checkered pattern arrangement mode in which squares of infrared light pixels and other color pixels are alternately arranged as correction pixels is adopted, and the correction pixel arrangement density can be the same as in the Bayer array, The resolution of the infrared light image is not reduced. However, since the arrangement density of the color pixels Mg that greatly contributes to the resolution in the visible light color image is ½ that of the correction pixel, the visible light color image is inferior to the resolution of the infrared light image. The color resolution is the same as in FIG.

なお、解像度低下を抑えるための上記の配置態様例では、緑色Gまたはマゼンタ色Mgの画素をできるだけ高密度でモザイク模様(定型例としての市松模様)となるように配置していたが、その他の色(R,BまたはCy,Ye)の画素を市松模様となるように配置しても、ほぼ同様の効果を得ることができる。もちろん、解像度や色分解能を高める上では、視感度の高い色成分のフィルタをできるだけ高密度でモザイク模様となるように配置するのが好ましい。   In the above arrangement example for suppressing the reduction in resolution, the pixels of green G or magenta color Mg are arranged in a mosaic pattern (checkered pattern as a standard example) at as high a density as possible. Even if the pixels of the colors (R, B or Cy, Ye) are arranged in a checkered pattern, substantially the same effect can be obtained. Of course, in order to increase the resolution and the color resolution, it is preferable to arrange the color component filters having high visibility so as to form a mosaic pattern with as high a density as possible.

<斜め配置への適用例>
なお、上記例では、正方格子状に色フィルタを配置する事例を説明したが、斜め格子状に配列することもできる。たとえば、図52(A)に示す配置態様は、図46(B)に示す配置態様を、右回りに略45度だけ回転させた状態の画素配列になっている。また図52(B)に示す配置態様は、図48(B)に示す配置態様を、右回りに略45度だけ回転させた状態の画素配列になっている。このように、斜め格子状に配列すると、垂直方向と水平方向の各画素密度が増すことになり、その方向での解像度をさらに高くすることができるのである。
<Example of application to diagonal arrangement>
In the above example, the case where the color filters are arranged in a square lattice shape has been described. However, the color filters may be arranged in an oblique lattice shape. For example, the arrangement mode shown in FIG. 52A is a pixel arrangement in a state where the arrangement mode shown in FIG. 46B is rotated clockwise by approximately 45 degrees. The arrangement form shown in FIG. 52B is a pixel arrangement in a state where the arrangement form shown in FIG. 48B is rotated by approximately 45 degrees clockwise. As described above, when arranged in an oblique lattice shape, the pixel density in the vertical direction and the horizontal direction increases, and the resolution in that direction can be further increased.

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.

また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

上記で説明した構造は、本発明の一実施形態を示したものであり、上記で説明したように、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材(誘電体積層膜)を用いて波長分別可能にするのは、他の同様な構造でも可能である。   The structure described above shows an embodiment of the present invention, and as described above, has a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes and a predetermined thickness are stacked between adjacent layers, Other similar structures can be used to enable wavelength separation using a laminated member (dielectric laminated film) having a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of electromagnetic waves and allowing the remainder to pass therethrough.

さらに上述の技術は必ずしも可視光と赤外光の分光に限った技術ではない。たとえば、可視光と紫外光の分光や検知も可能となり、可視光とともに紫外光も同時に検出してイメージ化できる。また、同時に検出する可視光については、分光せずにモノクロ画像を検知することに限らず、上述のようにして色別の色フィルタを用いて可視光帯内をたとえば3原色成分に分光することでカラー画像を検知することもできる。   Furthermore, the above-described technique is not necessarily limited to visible light and infrared light spectroscopy. For example, spectroscopy and detection of visible light and ultraviolet light are possible, and ultraviolet light as well as visible light can be detected and imaged simultaneously. In addition, the visible light detected at the same time is not limited to detecting a monochrome image without splitting, and the visible light band is split into, for example, three primary color components using the color filters for each color as described above. Can also detect color images.

これにより、眼で見ることができる可視光のイメージ像(モノクロ画像あるいはカラー画像)と対応して、眼で見ることのできない紫外光の像情報を同時に取得することができる。これによって光合成監視カメラなどの新しい情報システムのキーデバイスとして応用が広がる。   Accordingly, it is possible to simultaneously acquire image information of ultraviolet light that cannot be seen by the eye, corresponding to an image image (monochrome image or color image) of visible light that can be seen by the eye. This expands the application as a key device for new information systems such as photosynthetic surveillance cameras.

たとえば、可視光VLを反射波長領域成分とし、通過波長領域成分を可視光VLよりも低波長側(たとえば紫外光)とする誘電体積層膜1を利用することで、可視光VLと可視光VLよりも低波長側(たとえば紫外光)の分光や検知も可能となる。   For example, the visible light VL and the visible light VL are obtained by using the dielectric laminated film 1 in which the visible light VL is a reflected wavelength region component and the passing wavelength region component is a lower wavelength side (for example, ultraviolet light) than the visible light VL. It is also possible to perform spectroscopy and detection on the lower wavelength side (for example, ultraviolet light).

たとえば、図示を割愛するが、図41において、単位画素マトリクス12をなす周期配列の4画素の内、1つの画素12IR上には可視光VL以上の波長成分を反射する誘電体積層膜1を形成することで、可視光VLよりも低波長側(紫外光)のみを受光し、他の3つの画素12B,12G,12R上には誘電体積層膜1を形成せず、色フィルタ14(14R,14B,14B)を設けることで、可視光VLの内の対応する青色B、緑色G、および赤色Rの3原色を低波長側(紫外光)とともに受光するようにする。   For example, although not shown, in FIG. 41, the dielectric laminated film 1 that reflects a wavelength component of visible light VL or more is formed on one pixel 12IR out of four pixels of the periodic array forming the unit pixel matrix 12. Thus, only the wavelength lower than the visible light VL (ultraviolet light) is received, the dielectric laminated film 1 is not formed on the other three pixels 12B, 12G, and 12R, and the color filter 14 (14R, 14B, 14B), the corresponding three primary colors of blue B, green G and red R in the visible light VL are received together with the low wavelength side (ultraviolet light).

通過波長領域成分の影響をほぼ全く受けない反射波長領域成分としての可視光VLの信号を得るに際しては、通過波長領域成分である紫外光成分との間での演算処理を行なえばよい。なお、色フィルタ14(14R,14B,14B)の特性として、通過波長領域成分である紫外光成分に対する透過率が略ゼロであるものを使用すれば、可視光VLよりも低波長側(紫外光)の成分が色フィルタ14(14R,14B,14B)によってかっとされるので、この演算処理が不要になる。   In order to obtain a visible light VL signal as a reflected wavelength region component that is substantially unaffected by the transmitted wavelength region component, an arithmetic process with the ultraviolet light component that is the transmitted wavelength region component may be performed. If the color filter 14 (14R, 14B, 14B) has a characteristic that the transmittance with respect to the ultraviolet light component, which is a passing wavelength region component, is substantially zero, a wavelength lower than the visible light VL (ultraviolet light). ) Is removed by the color filter 14 (14R, 14B, 14B), so this calculation process is not necessary.

誘電体積層膜を利用して電磁波を所定波長ごとに分光する分波イメージセンサの概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of the demultiplexing image sensor which separates electromagnetic waves for every predetermined wavelength using a dielectric laminated film. 誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサの基本構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the basic composition of the demultiplexing image sensor using a dielectric laminated film. 図2に示した分光イメージセンサの基本構成を複数の波長分離構成に適用した構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example in which the basic configuration of the spectral image sensor illustrated in FIG. 2 is applied to a plurality of wavelength separation configurations. 積層膜を設計する手法の基本概念を説明する構造図である。It is a structure figure explaining the basic concept of the method of designing a laminated film. 積層膜を設計する手法の基本概念を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining the basic concept of the method of designing a laminated film. 積層膜を設計する手法の基本概念を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining the basic concept of the method of designing a laminated film. 反射中心波長λの条件を説明する図(反射スペクトルの概念を示した図)である。It is a figure explaining the conditions of reflection center wavelength (lambda) (the figure which showed the concept of the reflection spectrum). 反射中心波長λの条件を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining the conditions of reflection center wavelength (lambda). 反射中心波長λの条件を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining the conditions of reflection center wavelength (lambda). 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第1実施形態を説明する構造図である。1 is a structural diagram illustrating a first embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. FIG. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第1実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 1st Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第1実施形態を説明する図(反射スペクトル図;詳細)である。It is a figure (reflection spectrum figure; details) explaining 1st Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第1実施形態を説明する構造図である。1 is a structural diagram illustrating a first embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. FIG. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第1実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 1st Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第2実施形態を説明する構造図である。FIG. 5 is a structural diagram illustrating a second embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第2実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 2nd Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第2実施形態を説明する構造図である。FIG. 5 is a structural diagram illustrating a second embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第2実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 2nd Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する構造図である。FIG. 6 is a structural diagram illustrating a third embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 3rd Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する構造図である。FIG. 6 is a structural diagram illustrating a third embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 3rd Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する構造図である。FIG. 6 is a structural diagram illustrating a third embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第3実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 3rd Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第4実施形態を説明する構造図である。It is a structure figure explaining 4th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第4実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 4th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第5実施形態を説明する構造図である。It is a structure figure explaining 5th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第5実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 5th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜をIT_CCDイメージセンサに適用した場合の回路図(R,G,B,赤外光IR対応)である。It is a circuit diagram (R, G, B, infrared light IR correspondence) at the time of applying a laminated film to an IT_CCD image sensor. 積層膜をIT_CCDイメージセンサに適用した場合の回路図(可視光VL、赤外光IR対応)である。FIG. 6 is a circuit diagram (corresponding to visible light VL and infrared light IR) when a laminated film is applied to an IT_CCD image sensor. 積層膜をCMOS固体撮像素子に適用した場合の回路図(R,G,B,赤外光IR対応)である。It is a circuit diagram (R, G, B, infrared light IR correspondence) at the time of applying a laminated film to a CMOS solid-state image sensor. 積層膜をCMOS固体撮像素子に適用した場合の回路図(可視光VL、赤外光IR対応)である。FIG. 6 is a circuit diagram (corresponding to visible light VL and infrared light IR) when a laminated film is applied to a CMOS solid-state imaging device. 分光イメージセンサを製造するプロセス例を示す図である。It is a figure which shows the example of a process which manufactures a spectral image sensor. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する構造図である。FIG. 11 is a structural diagram illustrating a sixth embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する構造図である。FIG. 11 is a structural diagram illustrating a sixth embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する構造図である。FIG. 11 is a structural diagram illustrating a sixth embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する構造図である。FIG. 11 is a structural diagram illustrating a sixth embodiment of a spectral image sensor that supports single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 6th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 6th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第6実施形態を説明する反射スペクトル図である。It is a reflection spectrum figure explaining 6th Embodiment of the spectral image sensor corresponding to a single wavelength demultiplexing using a laminated film. 色分離フィルタの第1具体例の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 1st specific example of a color separation filter. 図41に示した色分離フィルタの配置を持つCCD固体撮像素子の構成例を説明する図(斜視図)である。FIG. 42 is a diagram (perspective view) for explaining a configuration example of a CCD solid-state imaging device having the color separation filter arrangement shown in FIG. 41. 赤外光と可視光の2つの波長成分を、同時に像として別々に撮像できるようにしたCCD固体撮像素子の構成例を説明する図(断面構造図)である。It is a figure (sectional structure figure) explaining the structural example of the CCD solid-state image sensor which enabled it to image two wavelength components of infrared light and visible light separately as an image simultaneously. 色分離フィルタの第2具体例の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 2nd specific example of a color separation filter. 図44に示した色分離フィルタの配置を持つCCD固体撮像素子の構成例を説明する図(斜視図)である。FIG. 45 is a diagram (perspective view) illustrating a configuration example of a CCD solid-state imaging device having the color separation filter arrangement illustrated in FIG. 44. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その1)である。FIG. 6 is a diagram (part 1) for explaining a pixel arrangement in consideration of resolution reduction. 黒色フィルタの透過スペクトル特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transmission spectrum characteristic of a black filter. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (part 2) for explaining a pixel arrangement in consideration of a reduction in resolution. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その3)である。FIG. 6 is a third diagram illustrating a pixel arrangement in consideration of a resolution reduction. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その4)である。It is FIG. (4) explaining the pixel arrangement which considered the resolution fall. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その5)である。It is FIG. (5) explaining the pixel arrangement which considered the resolution fall. 解像度低下を考慮した画素配列を説明する図(その6)である。It is FIG. (6) explaining the pixel arrangement | sequence which considered the resolution fall. 特許文献1に記載のセンサの仕組みを説明する図である。It is a figure explaining the mechanism of the sensor given in patent documents 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…誘電体積層膜、10…分光フィルタ、11…分光イメージセンサ、12…単位画素マトリクス、100…撮像装置、101…CCD固体撮像素子、122…垂直転送CCD、124…読出ゲート、126…水平転送CCD、128…出力アンプ、140…画像信号処理部、142…画像切替制御部、146…駆動制御部、201…CMOS固体撮像素子、205…画素内アンプ、207…駆動制御部、219…垂直信号線、226…カラム処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dielectric laminated film, 10 ... Spectral filter, 11 ... Spectral image sensor, 12 ... Unit pixel matrix, 100 ... Imaging device, 101 ... CCD solid-state image sensor, 122 ... Vertical transfer CCD, 124 ... Reading gate, 126 ... Horizontal Transfer CCD, 128 ... output amplifier, 140 ... image signal processing unit, 142 ... image switching control unit, 146 ... drive control unit, 201 ... CMOS solid-state imaging device, 205 ... in-pixel amplifier, 207 ... drive control unit, 219 ... vertical Signal line, 226 ... Column processing section

Claims (39)

電磁波を検知する検知部と、前記検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に同一基板上に配された物理量分布検知のための装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、前記電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材を前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に設け、
前記積層部材を通過した通過波長領域成分を前記検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られる通過波長領域成分の単位信号に基づき、前記所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
The unit component includes a detection unit that detects electromagnetic waves and a unit signal generation unit that generates and outputs a corresponding unit signal based on the amount of electromagnetic waves detected by the detection unit, and the unit components are in a predetermined order. A physical information acquisition method for acquiring physical information for a predetermined purpose based on the unit signal, using a device for detecting a physical quantity distribution arranged on the same substrate,
The detecting unit has a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes between adjacent layers and having a predetermined thickness are stacked, and has a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of the electromagnetic wave and passing the remaining component. Provided on the incident surface side on which the electromagnetic wave is incident,
The passing wavelength region component that has passed through the laminated member is detected by the detection unit, thereby acquiring physical information for the predetermined purpose based on the unit signal of the passing wavelength region component obtained from the unit signal generation unit. Characteristic physical information acquisition method.
前記通過波長領域成分用の一方の検知部とは異なる他方の検知部の前記電磁波が入射する入射面側に前記積層部材を設けずに、前記反射波長領域成分を前記検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られる前記反射波長領域成分の単位信号に基づき、第2の前記所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
Without detecting the laminated wavelength member on the incident surface side where the electromagnetic wave is incident on the other detection unit different from the one detection unit for the transmission wavelength region component, the detection wavelength unit detects the reflection wavelength region component, 2. The physical information acquisition method according to claim 1, wherein the second physical information for a predetermined purpose is acquired based on a unit signal of the reflected wavelength region component obtained from the unit signal generator.
前記通過波長領域成分の単位信号に基づく第1の物理情報と、前記反射波長領域成分の単位信号に基づく第2の物理情報とを、何れか一方を選択して出力する、もしくは双方を同時に出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。
Either one of the first physical information based on the unit signal of the passing wavelength region component and the second physical information based on the unit signal of the reflected wavelength region component is selected and output, or both are output simultaneously The physical information acquisition method according to claim 2, wherein:
前記通過波長領域成分を検知する複数の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側にそれぞれ、前記通過波長領域成分内をそれぞれ異なる波長領域成分に分離する光学部材を設け、
それぞれ異なる通過波長領域成分を前記複数の検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られるそれぞれ異なる通過波長領域成分の各単位信号の合成処理により、前記通過波長領域成分に関わる1つの物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。
An optical member that separates the inside of the passing wavelength region component into different wavelength region components, respectively, on the incident surface side on which the electromagnetic waves of the plurality of detection units that detect the passing wavelength region component are incident,
The plurality of detection units detect different pass wavelength region components, and thereby, by combining each unit signal of the different pass wavelength region components obtained from the unit signal generation unit, one unit related to the pass wavelength region component is obtained. The physical information acquisition method according to claim 1, wherein the physical information is acquired.
前記光学部材として、3つの検知部に対して、可視領域の透過光が3原色の波長成分である原色系の色フィルタを用いる
ことを特徴とする請求項4に記載の物理情報取得方法。
5. The physical information acquisition method according to claim 4, wherein primary optical color filters in which transmitted light in the visible region is wavelength components of three primary colors are used for the three detection units as the optical member.
前記光学部材として、3つの検知部に対して、可視領域の透過光が3原色に対する各々の補色である補色系の色フィルタを用いる
ことを特徴とする請求項4に記載の物理情報取得方法。
5. The physical information acquisition method according to claim 4, wherein, as the optical member, a complementary color type color filter in which transmitted light in the visible region is a complementary color for each of the three primary colors is used for the three detection units.
前記反射波長領域成分の単位信号と前記通過波長領域成分の単位信号との差分処理により、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。
Physical information capable of ignoring the influence of the passing wavelength region component is obtained as the second physical information by performing differential processing between the unit signal of the reflected wavelength region component and the unit signal of the passing wavelength region component. The physical information acquisition method according to claim 2.
前記通過波長領域成分を検知する一方の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記通過波長領域成分内の所定の波長成分を通過させる光学部材を設け、
前記反射波長領域成分を検知する他方の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記反射波長領域成分と前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分とを通過させる光学部材を設け、
前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分と、前記反射波長領域成分と前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分の合成成分とをそれぞれの検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られるそれぞれ異なる波長領域成分の各単位信号の差分処理により、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項7に記載の物理情報取得方法。
An optical member that allows a predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass through is provided on the incident surface side on which the electromagnetic wave is incident on one of the detection units that detects the passing wavelength region component,
An optical member that allows the reflected wavelength region component and the predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass through is provided on the incident surface side where the electromagnetic wave is incident on the other detection unit that detects the reflected wavelength region component. ,
The predetermined wavelength component in the passing wavelength region component, the reflected wavelength region component, and the combined component of the predetermined wavelength component in the passing wavelength region component are detected by respective detection units, thereby the unit signal. The physical information capable of ignoring the influence of the passing wavelength region component is acquired as the second physical information by differential processing of each unit signal of different wavelength region components obtained from the generation unit. 8. The physical information acquisition method according to 7.
前記反射波長領域成分を検知する他方の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記反射波長領域成分を通過させかつ前記通過波長領域成分を遮断する光学部材を設け、
前記通過波長領域成分が遮断された前記反射波長領域成分を前記他方の検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られる前記反射波長領域成分の単位信号により、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。
An optical member that transmits the reflected wavelength region component and blocks the transmitted wavelength region component is provided on the incident surface side on which the electromagnetic wave of the other detection unit that detects the reflected wavelength region component is incident,
The second physical information is detected by a unit signal of the reflected wavelength region component obtained from the unit signal generation unit by detecting the reflected wavelength region component from which the passing wavelength region component is blocked by the other detection unit. The physical information acquisition method according to claim 2, further comprising: acquiring physical information that can ignore an influence of the passing wavelength region component.
電磁波を検知する検知部と、前記検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に同一基板上に配された物理量分布検知のための装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に配された、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、前記電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材と、
前記検知部によって検知される前記積層部材を通過した通過波長領域成分に基づいて前記単位信号生成部から得られる通過波長領域成分の単位信号に基づき、前記所定目的用の物理情報を取得する信号処理部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
The unit component includes a detection unit that detects electromagnetic waves and a unit signal generation unit that generates and outputs a corresponding unit signal based on the amount of electromagnetic waves detected by the detection unit, and the unit components are in a predetermined order. A physical information acquisition device that acquires physical information for a predetermined purpose based on the unit signal using an apparatus for physical quantity distribution detection arranged on the same substrate,
The detection unit has a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes and different thicknesses are disposed between adjacent layers disposed on the incident surface side on which the electromagnetic wave is incident, and a predetermined wavelength region component of the electromagnetic wave A laminated member with the property of reflecting and allowing the rest to pass,
Signal processing for acquiring physical information for the predetermined purpose based on a unit signal of a passing wavelength region component obtained from the unit signal generation unit based on a passing wavelength region component that has passed through the laminated member detected by the detection unit And a physical information acquisition device.
前記積層部材は、前記検知部と一体的に構成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 10, wherein the laminated member is configured integrally with the detection unit.
前記信号処理部は、前記通過波長領域成分用の一方の検知部とは異なる他方の検知部によって検知される前記積層部材を通過しない反射波長領域成分に基づいて前記単位信号生成部から得られる前記反射波長領域成分の単位信号に基づき、第2の前記所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の物理情報取得装置。
The signal processing unit is obtained from the unit signal generation unit based on a reflected wavelength region component that does not pass through the laminated member detected by the other detection unit different from the one detection unit for the transmission wavelength region component The physical information acquisition apparatus according to claim 11, wherein the second physical information for a predetermined purpose is acquired based on a unit signal of a reflected wavelength region component.
前記通過波長領域成分の単位信号に基づく第1の物理情報と、前記反射波長領域成分の単位信号に基づく第2の物理情報とを、何れか一方を選択して出力する、もしくは双方を同時に出力するように、前記信号処理部を制御する信号切替制御部
をさらに備えたことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
Either one of the first physical information based on the unit signal of the passing wavelength region component and the second physical information based on the unit signal of the reflected wavelength region component is selected and output, or both are output simultaneously The physical information acquisition apparatus according to claim 12, further comprising: a signal switching control unit that controls the signal processing unit.
前記通過波長領域成分内をそれぞれ異なる波長領域成分に分離する光学部材を、前記通過波長領域成分を検知する複数の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に備え、
前記信号処理部は、それぞれ異なる通過波長領域成分を前記複数の検知部で検知し、これによって前記単位信号生成部から得られるそれぞれ異なる通過波長領域成分の各単位信号の合成処理により、前記通過波長領域成分に関わる1つの物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
An optical member that separates each of the passing wavelength region components into different wavelength region components is provided on the incident surface side on which the electromagnetic waves of the plurality of detection units that detect the passing wavelength region components are incident,
The signal processing unit is configured to detect different pass wavelength region components by the plurality of detection units, and thereby combine the unit wavelengths of the different pass wavelength region components obtained from the unit signal generation unit, thereby combining the pass wavelengths. The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein one piece of physical information related to a region component is acquired.
前記光学部材は、3つの検知部に対して、可視領域の透過光が3原色の波長成分である原色系の色フィルタである
ことを特徴とする請求項14に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquiring apparatus according to claim 14, wherein the optical member is a primary color filter in which visible light transmitted through the three detection units is a wavelength component of three primary colors.
前記光学部材は、3つの検知部に対して、可視領域の透過光が3原色に対する各々の補色である補色系の色フィルタである
ことを特徴とする請求項14に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 14, wherein the optical member is a complementary color system color filter in which transmitted light in the visible region is a complementary color for each of the three primary colors with respect to three detection units.
前記信号処理部は、前記反射波長領域成分の単位信号と前記通過波長領域成分の単位信号との差分処理により、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The signal processing unit is physical information that can ignore the influence of the passing wavelength region component as the second physical information by performing differential processing between the unit signal of the reflected wavelength region component and the unit signal of the passing wavelength region component. The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein the physical information acquisition apparatus acquires the physical information.
前記通過波長領域成分を検知する一方の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記通過波長領域成分内の所定の波長成分を通過させる光学部材を備え、
前記反射波長領域成分を検知する他方の前記検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記反射波長領域成分と前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分とを通過させる光学部材を備え、
前記信号処理部は、前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分に基づく前記単位信号生成部から得られる前記所定の波長成分の単位信号と、前記反射波長領域成分と前記通過波長領域成分内の前記所定の波長成分の合成成分に基づく前記単位信号生成部から得られる前記合成成分の単位信号との間で差分処理を行なうことで、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項17に記載の物理情報取得装置。
An optical member that allows a predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass on an incident surface side on which the electromagnetic wave of the detection unit that detects the passing wavelength region component is incident,
An optical member that allows the reflected wavelength region component and the predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass on an incident surface side on which the electromagnetic wave is incident of the other detection unit that detects the reflected wavelength region component. ,
The signal processing unit includes a unit signal of the predetermined wavelength component obtained from the unit signal generation unit based on the predetermined wavelength component in the passing wavelength region component, and within the reflected wavelength region component and the passing wavelength region component. By performing a difference process with the unit signal of the synthesized component obtained from the unit signal generation unit based on the synthesized component of the predetermined wavelength component, as the second physical information, The physical information acquisition apparatus according to claim 17, wherein physical information whose influence can be ignored is acquired.
前記通過波長領域成分用の一方の検知部とは異なる前記反射波長領域成分を検知する他方の検知部の前記電磁波が入射する入射面側に、前記反射波長領域成分を通過させ、かつ前記通過波長領域成分を遮断する光学部材を備え、
前記信号処理部は、前記通過波長領域成分が遮断された前記反射波長領域成分に基づき前記単位信号生成部から得られる前記反射波長領域成分の単位信号を使用して、前記第2の物理情報として、前記通過波長領域成分の影響を無視可能な物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The reflected wavelength region component is passed through the incident surface side on which the electromagnetic wave is incident of the other detection unit that detects the reflected wavelength region component different from the one detection unit for the transmitted wavelength region component, and the passing wavelength An optical member for blocking region components;
The signal processing unit uses, as the second physical information, a unit signal of the reflected wavelength region component obtained from the unit signal generation unit based on the reflected wavelength region component from which the passing wavelength region component is blocked. The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein physical information capable of ignoring the influence of the passing wavelength region component is acquired.
前記積層部材を構成する第j番目の層の部材は、屈折率をnj、厚みをdj、前記反射波長領域成分の中心波長をλ0としたとき、下記の条件式(A)を満たす
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。
0.9×λ0/4n≦dj≦1.1×λ0/4n …(A)
The member of the jth layer constituting the laminated member satisfies the following conditional expression (A), where nj is the refractive index, dj is the thickness, and λ0 is the center wavelength of the reflection wavelength region component. The physical information acquisition apparatus according to claim 10.
0.9 × λ0 / 4n ≦ dj ≦ 1.1 × λ0 / 4n (A)
前記反射波長領域成分の中心波長λ0は、下記の条件式(B)を満たす
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。
780nm≦λ0≦1100nm …(B)
The physical information acquisition apparatus according to claim 10, wherein a central wavelength λ0 of the reflected wavelength region component satisfies the following conditional expression (B).
780 nm ≦ λ0 ≦ 1100 nm (B)
前記反射波長領域成分の中心波長λ0は、略900nmである
ことを特徴とする請求項21に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 21, wherein a central wavelength λ0 of the reflection wavelength region component is approximately 900 nm.
前記積層部材を構成する前記検知部側のγ層の部材は、屈折率をnγ、厚みをdγ、前記通過波長領域λ1を下記の条件式(C1)としたとき、下記の条件式(C2)を満たす
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。
380nm≦λ1≦780nm …(C1)
0nm<dγ≦96nm …(C2)
When the refractive index is nγ, the thickness is dγ, and the passing wavelength region λ1 is the following conditional expression (C1), the member of the γ layer on the detection unit side constituting the laminated member is the following conditional expression (C2) The physical information acquisition apparatus according to claim 10, wherein:
380 nm ≦ λ1 ≦ 780 nm (C1)
0 nm <dγ ≦ 96 nm (C2)
前記γ層の部材は、下記の条件式(C3)を満たす
ことを特徴とする請求項23に記載の物理情報取得装置。
47nm≦dγ≦96nm …(C3)
The physical information acquisition apparatus according to claim 23, wherein the member of the γ layer satisfies the following conditional expression (C3).
47 nm ≦ dγ ≦ 96 nm (C3)
前記積層部材は、シリコンナイトライド、酸化シリコン、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化マグネシウム、および酸化亜鉛などの酸化物、あるいはポリカーボネートやアクリル樹脂などの高分子材料、炭化珪素やゲルマニウムGeなどの半導体材料のうちの少なくとも2種を層材として有する
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。
The laminated member may be an oxide such as silicon nitride, silicon oxide, alumina, zirconia, titanium oxide, magnesium oxide, and zinc oxide, or a polymer material such as polycarbonate or acrylic resin, or a semiconductor material such as silicon carbide or germanium Ge. The physical information acquisition apparatus according to claim 10, comprising at least two of the above as layer materials.
前記積層部材は、シリコンナイトライドを第1の層材とし、酸化シリコンを第2の層の層材とし、これらを交互に積層した構造を有する
ことを特徴とする請求項25に記載の物理情報取得装置。
The physical information according to claim 25, wherein the laminated member has a structure in which silicon nitride is used as a first layer material and silicon oxide is used as a second layer material, and these are alternately laminated. Acquisition device.
前記積層部材は、前記単位信号生成部から前記単位信号を読み出すための信号線をなす配線層を前記検知部側に備え、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し前記電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層膜が前記配線層上に形成されている
ことを特徴とする請求項11に記載の物理情報取得装置。
The laminated member includes a wiring layer that forms a signal line for reading the unit signal from the unit signal generation unit on the detection unit side, and a plurality of layers having different refractive indexes between adjacent layers and having a predetermined thickness are laminated. The physical information according to claim 11, wherein a laminated film having a structure and having a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of the electromagnetic wave and allowing the remainder to pass therethrough is formed on the wiring layer. Acquisition device.
前記積層膜は、シリコンナイトライドを第1の層材、酸化シリコンを第2の層の層材とし、前記第1の層材が両外に配され、交互に、全体として9層以上積層した構造を有し、
前記積層膜と前記検知部との間が略700nmである
ことを特徴とする請求項27に記載の物理情報取得装置。
The laminated film has silicon nitride as the first layer material and silicon oxide as the second layer material, and the first layer material is arranged on both sides, and alternately, nine or more layers are laminated alternately. Has a structure,
28. The physical information acquisition apparatus according to claim 27, wherein a distance between the laminated film and the detection unit is approximately 700 nm.
前記積層膜は、シリコンナイトライドを第1の層材、酸化シリコンを第2の層の層材とし、前記第1の層材が両外に配され、交互に、全体として9層以上積層した構造を有し、
前記積層膜と前記検知部との間が略3.2nmである
ことを特徴とする請求項27に記載の物理情報取得装置。
The laminated film has silicon nitride as the first layer material and silicon oxide as the second layer material, and the first layer material is arranged on both sides, and alternately, nine or more layers are laminated alternately. Has a structure,
28. The physical information acquisition apparatus according to claim 27, wherein a distance between the laminated film and the detection unit is approximately 3.2 nm.
前記他方の検知部の検知時間を制御する駆動部を備えている
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 12, further comprising a drive unit that controls a detection time of the other detection unit.
前記信号処理部は、前記他方の検知部で検知される前記反射波長領域成分の単位信号を複数回積算し、この積算後の前記反射波長領域成分の単位信号を使って前記第2の所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The signal processing unit integrates the unit signal of the reflected wavelength region component detected by the other detection unit a plurality of times, and uses the unit signal of the reflected wavelength region component after the integration to perform the second predetermined purpose. The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein the physical information is acquired.
前記通過波長領域成分を検知する検知部と前記反射波長領域成分を検知する検知部とが、一定の数比を持って周期的に配されている
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The physical unit according to claim 12, wherein the detection unit that detects the passing wavelength region component and the detection unit that detects the reflected wavelength region component are periodically arranged with a certain number ratio. Information acquisition device.
複数の前記通過波長領域成分を検知する検知部に対して1つの前記反射波長領域成分を検知する検知部が配されている
ことを特徴とする請求項32に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 32, wherein one detection unit that detects the reflected wavelength region component is arranged for a plurality of detection units that detect the plurality of pass wavelength region components.
前記通過波長領域成分を検知する検知部と前記反射波長領域成分を検知する検知部とが1対1に配されている
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein a detection unit that detects the passing wavelength region component and a detection unit that detects the reflected wavelength region component are arranged one-to-one.
前記通過波長領域成分を検知する検知部は前記通過波長領域をさらに波長分離して検知する複数の検知要素の組合せからなり、
前記通過波長領域成分を検知する検知部の前記複数の検知要素と前記反射波長領域成分を検知する検知部とが2次元格子状に配されており、かつ、前記複数の検知要素の内のある波長成分を検知するものが市松模様となるように配されている
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The detection unit for detecting the pass wavelength region component is composed of a combination of a plurality of detection elements for detecting the pass wavelength region by further wavelength separation,
The plurality of detection elements of the detection unit that detects the passing wavelength region component and the detection unit that detects the reflection wavelength region component are arranged in a two-dimensional lattice pattern, and are among the plurality of detection elements The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein the components that detect the wavelength components are arranged in a checkered pattern.
前記通過波長領域成分を検知する検知部は前記通過波長領域をさらに波長分離して検知する複数の検知要素の組合せからなり、
前記通過波長領域成分を検知する検知部の前記複数の検知要素と前記反射波長領域成分を検知する検知部とが2次元格子状に配されており、かつ、前記反射波長領域成分を検知する検知部が市松模様となるように配されている
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。
The detection unit for detecting the pass wavelength region component is composed of a combination of a plurality of detection elements for detecting the pass wavelength region by further wavelength separation,
Detection in which the plurality of detection elements of the detection unit for detecting the passing wavelength region component and the detection unit for detecting the reflection wavelength region component are arranged in a two-dimensional lattice pattern and detect the reflection wavelength region component The physical information acquisition apparatus according to claim 12, wherein the parts are arranged in a checkered pattern.
電磁波を検知する検知部と、前記検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に同一の半導体基板上に配された物理量分布検知のための半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基板上に前記検知部と前記単位信号生成部とを有する半導体素子層を形成する工程と、
前記半導体素子層上に前記単位信号生成部から前記単位信号を読み出すための信号線をなす配線層を形成する工程と、
前記配線層上に、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し前記電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The unit component includes a detection unit that detects electromagnetic waves and a unit signal generation unit that generates and outputs a corresponding unit signal based on the amount of electromagnetic waves detected by the detection unit, and the unit components are in a predetermined order. A method of manufacturing a semiconductor device for physical quantity distribution detection arranged on the same semiconductor substrate,
Forming a semiconductor element layer having the detection unit and the unit signal generation unit on the semiconductor substrate;
Forming a wiring layer forming a signal line for reading the unit signal from the unit signal generation unit on the semiconductor element layer;
A layer having a structure in which a plurality of layers having different refractive indexes and different thicknesses between adjacent layers are laminated on the wiring layer, and having a characteristic of reflecting a predetermined wavelength region component of the electromagnetic wave and passing the rest. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film.
複数の前記検知部に対して、各波長対応の検知部に位置整合させて、前記積層膜の一部を取り除く工程
をさらに備えたことを特徴とする請求項37に記載の半導体装置の製造方法。
38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 37, further comprising a step of aligning the plurality of detection units with detection units corresponding to each wavelength and removing a part of the laminated film. .
前記積層膜上に、前記通過波長領域成分内の所定の波長成分を通過させる光学部材を、各波長対応の検知部に位置整合させて形成する工程
をさらに備えたことを特徴とする請求項37に記載の半導体装置の製造方法。
38. The method of claim 37, further comprising: forming, on the laminated film, an optical member that allows a predetermined wavelength component in the passing wavelength region component to pass through and is aligned with a detection unit corresponding to each wavelength. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
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