CN107078138A - 固态摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术涉及能够同时获取常规图像和窄带图像等的固态摄像装置和电子设备。所述固态摄像装置设置有以至少两层层叠的多个基板。在所述多个基板之中,至少两个基板是具有进行光电转换的像素的基板。具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器。具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器具有作为使窄带波长范围的光透过的光学滤波器的窄带滤波器并且接收作为窄带的光的窄带光。

Description

固态摄像装置和电子设备
技术领域
本发明涉及固态摄像装置和电子设备,特别涉及例如能够同时获取常规图像和窄带图像的固态摄像装置和电子设备。
背景技术
作为感测(摄取)窄波段内的光的窄带光传感器,例如存在多光谱传感器和高光谱传感器。
多光谱传感器能够同时感测(摄取)多个波段内的光。高光谱传感器能够通过划分数百个波段来感测(摄取)从可见光到红外光的光。
由窄带光传感器感测(摄取)的光的光带窄,从而降低了灵敏度。此外,当窄带光传感器使用利用表面等离子体的等离子体滤波器时,窄带光传感器进行光电转换的转换效率低。
此外,由于由窄带光传感器感测(摄取)的光的光带窄,难以覆盖可见光的所有区域。因此,难以通过合成由窄带光传感器感测(摄取)光而提供的光谱数据来提供高质量图像光谱(图像)(以下也被称为常规图像)。
本申请人先前已经提出层叠有用于进行光电转换的两层的CMOS图像传感器(例如,参见专利文献1)。
引文列表
专利文献
专利文献1:日本专利申请特开第2013-070030号
发明内容
技术问题
感测(摄取)可见光的可见光传感器能够感测(摄取)常规图像,但是难以感测(摄取)特定的窄带光以及与多种窄带光相对应的窄带图像。
另一方面,窄带光传感器能够感测(摄取)与窄带光相对应的窄带图像,但是难以提供具有与可见光传感器相同图像质量的与可见光相对应的常规图像。
鉴于以上情况获得本发明,本发明旨在同时获取具有高图像质量的常规图像和具有高波长分辨率的窄带图像。
技术问题的解决方案
根据本发明的固态摄像装置包括:以两层或更多层层叠的多个基板,所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器且接收窄带内的窄带光。
根据本发明的电子设备包括:光学系统,所述光学系统收集光;和固态摄像装置,所述固态摄像装置接收光并且拍摄图像,所述固态摄像装置包括以两层或更多的层层叠的多个基板,所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器且接收窄带内的窄带光。
在根据本发明的固态摄像装置和电子设备中,多个基板以两层或更多层层叠,且所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素。具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器。具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器且接收窄带内的窄带光。
所述固态摄像装置可以是独立的装置,或可以是构成一个装置的内部模块。
本发明的有益效果
根据本发明,能够同时获取具有高图像质量的常规图像和具有高波长分辨率的窄带图像。
应注意,这里所述的效果不一定是限制性的,并且可以是本说明书中所述的任何效果。
附图说明
图1是示出了应用本发明的数码相机10的实施例的构造例的框图。
图2示出了数码相机10的第一使用例。
图3示出了数码相机10的第二使用例。
图4示出了数码相机10的第三使用例。
图5是示出了图像传感器2的第一构造例的横截面图。
图6是示出了图像传感器2的第一构造例的概要立体图。
图7是示出了窄带滤波器42的通带的波长的示例的表格。
图8是光学仿真器的仿真结果。
图9是说明了图像传感器2的制造方法的概况的流程图。
图10是示出了图像传感器2的第二构造例的横截面图。
图11是示出了图像传感器2的第三构造例的横截面图。
图12是示出了图像传感器2的第三构造例的概要立体图。
图13是示出了图像传感器2的第四构造例的概要立体图。
图14是示出了图像传感器2的第五构造例的概要立体图。
图15是示出了图像传感器2的第六构造例的概要立体图。
图16是示出了图像传感器2的第七构造例的横截面图。
图17是示出了图像传感器2的第七构造例的概要立体图。
图18是示出了图像传感器2的第八构造例的概要立体图。
图19是示出了图像传感器2的第九构造例的概要立体图。
图20是示出了图像传感器2的第十构造例的概要立体图。
图21是示出了图像传感器2的第十一构造例的概要立体图。
图22是示出了图像传感器2的第十二构造例的概要立体图。
图23是示出了图像传感器2的第十三构造例的概要立体图。
图24示出了具有W滤波器的OCCF的已知阵列(CFA(Color filter Array:滤色器阵列))的示例。
图25是示出了图像传感器2的第十四构造例的概要立体图。
图26是示出了图像传感器2的第十五构造例的概要立体图。
图27是示出了图像传感器2的第十六构造例的概要立体图。
图28概要地示出了窄带光传感器12的受光面的示例,该受光面被划分成多个区域。
图29概要地示出了窄带光传感器12的受光面的另一个示例,该受光面被划分成多个区域。
图30是示出了图像传感器2的第十七构造例的概要立体图。
图31是示出了图像传感器2的第十八构造例的概要立体图。
图32是示出了Quadra阵列和Quadra-White阵列的示图。
图33是示出了图像传感器2的第十九构造例的概要立体图。
图34是示出了图像传感器2的第二十构造例的概要立体图。
图35是示出了图像传感器2的第二十一构造例的概要立体图。
具体实施方式
<应用本发明的数码相机的实施例>
图1是示出了应用本发明的数码相机10的实施例的构造例的框图。
数码相机10能够拍摄静态图像和动态图像。
在图1中,数码相机10包括光学系统1、图像传感器2、存储器3、信号处理单元4、输出单元5和控制单元6。
光学系统1例如包括变焦透镜(未示出)、聚焦透镜、光圈等,并且使得外部光能够入射在图像传感器2上。
图像传感器2例如是CMOS图像传感器,接收来自光学系统1的入射光,进行光电转换,并且输出与来自光学系统1的入射光相对应的图像数据。
尽管将在后面说明图像传感器2的细节,但是简言之,图像传感器2由通过层叠两层或更多层而获得的多个基板构成。多个基板中的两个或以上包括进行光电转换的像素,且具有像素的基板中的至少一者是接收可见光的可见光传感器。此外,具有像素的基板中的至少另一者具有窄带滤波器且形成接收窄带光的窄带光传感器,每个窄带滤波器都是使窄波段内的光透过的光学滤波器。
因此,图像传感器2接收可见光且进行光电转换(感测(摄取))以感测(摄取)与可见光相对应的常规图像,并且同时,接收一个或多个窄带内的光(以下也被称为窄带光)且进行光电转换以感测(摄取)与所述窄带光相对应的窄带图像。
即,图像传感器2能够同时获取常规图像和窄带图像。
在图像传感器2中,如上所述,窄带光传感器具有窄带滤波器。因此,采用各种窄带作为透过窄带滤波器的光的窄带(波段),从而测量由窄带光提供的各种项目作为窄带图像。
换言之,窄带光传感器能够测量(检测)由窄带光提供的各种项目作为窄带图像,所述项目例如包括叶绿素、水分、热量、油酸、糖分(糖分含量)以及其它项目。
存储器3临时存储图像传感器2输出的图像数据(常规图像和窄带图像)。
信号处理单元4使用存储器3存储的图像数据进行信号处理(例如,噪声降低、白平衡调整等),并且馈送到输出单元5。
输出单元5输出来自信号处理单元4的图像数据。
具体地,输出单元5例如包括由液晶等构成的显示器(未示出),并且将与来自信号处理单元4的图像数据相对应的光谱(图像)显示为所谓的通过图像(through image)。
输出单元5例如包括用于驱动诸如半导体存储器、磁盘和光盘等记录媒介的驱动器(未示出),并且将来自信号处理单元4的图像数据记录到记录媒介。
此外,输出单元5起到与外部装置(未示出)进行通信的通信接口的作用,并且以无线或有线的方式将来自信号处理单元4的图像数据传输到外部装置。
控制单元6根据用户的操作等来控制构成数码相机10的各模块。
在如上构造的数码相机10中,图像传感器2接收来自光学系统1的入射光,对入射光进行光电转换以同时感测(摄取)常规图像和窄带图像,并且输出常规图像和窄带图像。
图像传感器2输出的图像数据被馈送且被存储到存储器3。被存储到存储器3的图像数据必要时经受信号处理单元4进行的信号处理,并且获得的图像数据被馈送到输出单元5且被输出。
<数码相机10的使用例>
图2示出了数码相机10的第一使用例。
数码相机10(的图像传感器2)能够感测(摄取)常规图像,并且能够检测作为窄带图像的由窄带光提供的各种项目。因此,数码相机10能够用于同时感测(摄取)常规图像以及检测由窄带光提供的各种项目的各种情况。
图2示出了数码相机10用作生菜工厂的监视相机的使用例。
在图2的数码相机10中,同时感测(拍摄)对处理生菜的生产线进行拍摄的常规图像和窄带图像。
通过使用数码相机10进行感测(摄取)而提供的常规图像,能够监视工作在处理生菜的生产线上的员工,以使员工按照规定工作和员工数量完整。此外,通过常规图像,例如能够在员工不在场时(在休息时间、夜间、假日等)监视可疑人员的侵入。
通过窄带图像,例如,检测生菜的叶绿素和水分且能够监视(管理)生菜的新鲜度。此外,通过窄带图像,例如,检测红外线以监控(管理)员工是否发烧。
图3示出了数码相机10的第二使用例。
具体地,图3示出了数码相机10用作肉类工厂的监视相机的使用例。
在图3的数码相机10中,同时感测(摄取)对处理肉类的生产线进行拍摄的常规图像和窄带图像。
通过使用数码相机10进行感测(摄取)而提供的常规图像,能够监视工作在处理肉类的生产线上的员工,以使员工按照规定工作和员工数量完整。此外,通过常规图像,例如能够在员工不在场时(在休息时间、夜间、假日等)监视可疑人员的侵入。
通过窄带图像,例如,检测作为肉类美味组分的油酸且能够监控肉类的新鲜度。此外,通过窄带图像,例如,检测红外线以监控员工是否发烧。
图4示出了数码相机10的第三使用例。
图4示出了数码相机10用作西红柿农场的监视相机的使用例。
在图4的数码相机10中,同时感测(摄取)对西红柿农场进行拍摄的常规图像和窄带图像。
通过使用数码相机10进行感测(摄取)而提供的常规图像,例如,能够监视敌害(诸如乌鸦等)、可疑人员的入侵以及其它异常情况。
通过窄带图像,检测西红柿的糖分含量且能够监控西红柿的生长(成熟)。
<图像传感器2的第一构造例>
图5是示出了图像传感器2的第一构造例的(在水平方向或垂直方向上的)横截面图。
在图5中,图像传感器2包括多个基板,其中,层叠有三个半导体基板:第一层基板、第二层基板和第三层基板。
这里,在本实施中,上层被定义为图像传感器2的光入射侧(在本实施例中,上侧),且下层被定义为与光入射侧相反的侧。
此外,层叠在上层的基板被称为上层基板,且层压在下层的基板被称为下层基板。第二层基板和第三层基板是相对于第一层基板的下层基板,且第一层基板和第二层基板是相对于第三层基板的上层基板。
构成图像传感器2的从第一层基板到第三层基板这样三个基板之中的两个或以上基板是具有进行光电转换的像素的基板。具有像素的各基板中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器11,且具有像素的各基板中的至少另一个基板具有窄带滤波器42并且是接收窄带光的窄带光传感器12。
具体地,在图5的图像传感器2中,作为从第一层基板到第三层基板这样三个基板之中的第一层基板和第二层基板,可见光传感器11和窄带光传感器12用于具有进行光电转换的像素的基板。
此外,在图5的图像传感器2中,作为第三层基板,采用具有存储器、逻辑电路等的电路板13。
这里,在不是图像传感器2有效像素区域的区域,布置有过孔(未示出)。可见光传感器11、窄带光传感器12和电路板13经由过孔电连接。
在图5中,作为第一层基板的可见光传感器11通过从上层层叠半导体层34、Poly层36和配线层37来构成。
在半导体层34上,形成有作为像素的多个PD(Photo Diode:光电二极管)35。在作为像素的PD 35上,布置有OCL(On Chip Lenz:片上透镜)31和OCCF(On Chip ColorFilter:片上滤色器)32。具体地,在图5中,在作为半导体层34的光入射面的背侧(上层侧),形成有绝缘膜33且形成有OCCF 32和OCL 31。
OCL 31经由对应的OCCF 32和绝缘膜33将入射光汇集至作为对应像素的PD 35。
OCCF 32使来自对应的OCL 31的预定颜色的光透过。能够采用拜耳(Bayer)阵列或其它已知阵列作为OCCF 32的颜色阵列。此外,能够采用通过部分地修改已知阵列(诸如拜耳阵列等)而得到的阵列作为OCCF 32的颜色阵列。
PD 35接收经由OCL 31、OCCF 32和绝缘膜33入射的光,并且对接收的光进行光电转换。
这里,具有PD 35的半导体层34可以具有例如约2.7um(微米)的厚度(膜厚度)。
此外,作为PD 35,例如,可以采用Si型PD(含有Si材料的PD)。
在与半导体层34的光入射面相反的表面侧(下层侧),形成有Poly层36和配线层37。
在Poly层36上,形成有对在作为像素的PD 35处经过光电转换的信号(电荷)进行传输的传输晶体管(的栅极)等。
在配线层37内,例如,配置有由诸如Cu和Al等制成的配线38。
尽管配线层37内配置有四层配线38,但是配线层37内配置的配线38的层数不限于四。
此外,在图5中,布置在配线层37内的四层配线38中的最下层配线38也起到遮光层的作用,该遮光层部分地遮挡入射到可见光传感器11的下层的窄带光传感器12上的光。注意,部分地遮挡入射到可见光传感器11的下层的窄带光传感器12上的光的遮光层可以与配线38分别地配置。
在图5中,在可见光传感器11的配线层37的下层侧,窄带光传感器12被配置为第二层基板。
窄带光传感器12由从上层侧层叠的滤波器层41、配线层43、Poly层45和半导体层46构成。
滤波器层41包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的一个或多个窄带滤波器42。在滤波器层41中,窄带滤波器42是针对后述的作为像素的PD 47而布置的。
这里,窄带的意思是:例如,在可见光波段(例如,约380nm(纳米)至780nm)方面,将可见光波段10等分或更多次等分而得到的一个带。
通过将由窄带图像检测的项目来确定作为透过各窄带滤波器42的光的窄带的通带。例如,如图2所述,当从窄带图像检测叶绿素时,确定含有435nm和680nm的窄带以用于窄带滤波器42的通带。
窄带滤波器42可以通过将用于OCCF的有机材料例如与透过位于期望窄带的光(或吸收非期望窄带内的光)的颜料进行混合来构成。
此外,作为窄带滤波器42,能够采用利用表面等离子体的等离子体滤波器以及法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪。当采用等离子体滤波器作为窄带滤波器42时,能够仅通过改变形成于构成等离子体滤波器的金属薄膜中的空穴直径和空穴频率来实现各种通带。
在滤波器层41的下层侧,配置有配线层43。在图5中,在配线层43上,类似于配线层37,配置有四层配线44。注意,类似于配线层37,配线层43内配置的配线44的层数不限于四。
在配线层43的下层侧,配置有Poly层45和半导体层46。
在Poly层45中,形成有对在形成于半导体层46中的作为像素的PD47处被光电转换的信号(电荷)进行传输的传输晶体管(的栅极)。
在半导体层46中,类似于半导体层34,形成有作为像素的多个PD47。
PD 47例如是类似于例如PD 35的Si型PD,接收透过可见光传感器11且进一步透过与PD 47相对应的窄带滤波器42的光,并且进行光电转换。
这里,作为第一层基板的可见光传感器11的半导体层34(的下部)与作为第二层基板的窄带光传感器12的半导体层46(的上部)之间的距离可以是约10um至13um。然而,半导体层34与半导体层46之间的距离不限于从约10um至13um的范围。
作为可见光传感器11的像素的PD 35与作为窄带光传感器12的像素的PD 47之间的关系不受特别限制。
具体地,例如,作为窄带光传感器12的一个像素的一个PD 47是针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的。
此外,例如,作为窄带光传感器12的一个像素的一个PD 47能够针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置。
此外,例如,作为窄带光传感器12的多个像素的多个PD 47能够针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置。
在图5中,作为窄带光传感器12的一个像素的一个PD 47被配置用于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35。
可替代地,例如,作为窄带光传感器12的像素的PD 47不仅可以相对于可见光传感器11的所有像素来配置,而且可以相对于仅部分像素来配置。
例如,作为窄带光传感器12的像素的PD 47可以针对预定数量像素的每预定数量的PD 35而设置。
在图5中,作为窄带光传感器12的像素的PD 47分别在可见光传感器11的水平方向和垂直方向上针对每一个像素的PD 35(每一个PD 35)而布置。
另外,作为窄带光传感器12的像素的PD 47可以针对未布置有作为可见光传感器11的像素的PD 35的位置而布置。
具体地,例如,作为窄带光传感器12的像素的PD 47和作为可见光传感器11的像素的PD 35可以被布置为构成格子图案(在水平方向和垂直方向上交替)。
可替换地,例如,窄带光传感器12的PD 47可以仅被布置在可见光传感器11的其上配置有作为像素的PD 35的有效像素区域的部分区域。
在图5中,电路板13被布置为位于窄带光传感器12的半导体层46的下层侧的第三层基板。
此外,作为窄带光传感器12的像素的PD 47与作为可见光传感器11的像素的PD 35可以具有相同的尺寸或不同(大或小)的尺寸。
电路板13由支撑可见光传感器11和窄带光传感器12的支撑基板和诸如存储器和逻辑电路等电路构成。
感测(摄取)可见光传感器11处的光谱(图像)所需的电路可以被配置在可见光传感器11的半导体层34等上,所述电路诸如是用于产生时钟的PLL(Phase Lock Loop:锁相环)和产生用于对在PD 35处经过光电转换获取的信号进行A/D转换的所谓的列并列型AD转换的参考信号的DAC(Digital to Analog Converter:数字模拟转换器)等。在所需的电路中,可以与可见光传感器11分别地配置在基板上的电路可以不被布置在可见光传感器11上,而是被布置在电路板13上。同样适用于窄带光传感器12处感测(摄取)光谱(图像)所需的电路。
如上所述,当可见光传感器11处的光谱(图像)的感测(摄取)所需的电路和窄带光传感器12处的光谱(图像)的感测(摄取)所需的电路之中的可以布置在单独的基板上的电路被布置在电路基板13上时,能够将可见光传感器11和窄带光传感器12构造为更小的电路的面积。
此外,将额外的信号处理施加于被可见光传感器11和窄带光传感器12感测(摄取)的光谱(图像)的电路可以被配置在电路板13上。
在如上构造的图像传感器2中,作为可见光传感器11的像素的PD 35接收通过OCL31、OCCF 32和绝缘膜33入射的光,并且进行光电转换。
入射到作为可见光传感器11的像素的PD 35上的光的一部分在PD35中不被光电转换而是透过PD 35,并且经由(穿过)Poly层36和配线层37入射到滤波器层41的窄带滤波器42上。入射光的在预定窄带内的光(窄带光)透过窄带滤波器42。
透过窄带滤波器42的窄带光经由配线层43和Poly层45入射到半导体层46上。入射到半导体层46上的窄带光在作为窄带光传感器12的像素的PD 47处被接收,并且被光电转换。
因此,例如,在图5中,光L11、L12在作为可见光传感器11的像素的PD 35处被接收,并且被光电转换。此外,光L11、L12的一部分透过PD 35和窄带滤波器42且变成窄带光,并且入射到作为窄带光传感器12的像素的PD 47上。然后,窄带光在作为窄带光传感器12的像素的PD 47处被接收,并且被光电转换。
这里,配线层37和配线层43中的配线38和配线44分别被布置为确保透过PD 35至PD 47和与PD 47相对应的窄带滤波器42的光的光路。换言之,配线38和配线44例如被布置在除了PD 47(和窄带滤波器42)的上部以外的部分中。
此外,Poly层36和45被构造为确保透过PD 35至PD 47和与PD 47相对应的窄带滤波器42的光的光路。尽管图5(此外,后述的图10、图11和图16)示出了用于表示各层之间边界的线以便容易区分Poly层36、配线层37、滤波器层41、配线层43和Poly层45,但是Poly层36、配线层37、滤波器层41、配线层43和Poly层45使用诸如例如SiO2等相同的透明材料来形成,并且各层之间的边界在实际器件中未必存在。
如上所述,在图像传感器2中,层叠有接收可见光的可见光传感器11和具有使窄带光透过的窄带滤波器42的接收窄带光的窄带光传感器12,从而能够同时接收可见光和窄带光且能够同时获取从相同角度观察的与可见光相对应的常规图像和与窄带光相对应的窄带图像。
此外,由于层叠有可见光传感器11和窄带光传感器12,必要数量的像素被分别配置在可见光传感器11和窄带光传感器12上,从而能够同时获取具有必要图像质量(分辨率)的常规图像和具有必要图像质量的窄带图像。
可见光传感器11中用来感测(摄取)常规图像的时序和窄带光传感器12中用来感测(摄取)窄带图像的时序可以相同或不同。这同样适用于可见光传感器11和窄带光传感器12各者中的曝光时间。
可以通过诸如构成像素的传输晶体管(未图示)等晶体管的导通/截止时序来控制可见光传感器11中常规图像的感测(摄取)时序和曝光时间和窄带光传感器12中窄带图像的感测(摄取)时序和曝光时间。
能够使用由窄带光传感器12感测(摄取)的窄带图像将由可见光传感器11感测(摄取)的常规图像校正成具有更高图像质量的常规图像。
图6是示出了图5的图像传感器2的第一构造例的概要立体图。
在图6中,图像传感器2通过层叠从第一层基板到第三层基板这样三个基板来构成。
分别地,第一层基板形成可见光传感器11,第二层基板形成窄带光传感器12且第三层基板形成电路板13。
在图6的图像传感器2中,作为OCCF 32的颜色阵列,采用拜耳阵列。换言之,在OCCF32中,拜耳阵列的基本单位是具有2×2(列×行)个像素的滤色器,其中,左上方是红色(R)、右下方是蓝色(B)且左下方和右上方是绿色(G),并且基本单位在水平(行)方向和垂直(列)方向上被重复布置。
在图6中,作为窄带光传感器12的一个像素的PD 47是针对作为可见光传感器11的每4×4个像素的PD 35而形成的。
这里,在图5中,作为窄带光传感器12的一个像素的PD 47是针对作为可见光传感器11的在水平方向和垂直方向上的每一个像素的PD 35而形成的。然而,在图6中,为了避免复杂的图画,作为窄带光传感器12的一个像素的PD 47是针对作为可见光传感器11的每4×4个像素的PD 35而形成的。同样适用于后述的各视图。
在图6中,针对作为可见光传感器11的每4×4个像素的PD 35而形成的作为窄带光传感器12的一个像素的PD 47被布置为接收透过从上方算起的第3行且从左方算起的第2列的像素(其是可见光传感器11的4×4个像素中的一个像素)且透过窄带滤波器42的光。
这里,在图6中,可见光传感器11的4×4个像素中的从上方算起的第3行且从左方算起的第2列的像素是接收透过绿色(光透过)滤色器的光的G像素。
因此,在图6中,作为窄带光传感器12的像素的PD 47接收透过G像素的光,即接收透过绿色滤色器的光(此外,透过构成作为可见光传感器11的像素的PD 35的Si且透过窄带滤波器42的窄带光)。
通过待从窄带图像检测的项目(以下也被称为检测项目)来确定作为透过窄带滤波器42的光的窄带的通带。
图7是示出了用于检测各种检测项目的窄带滤波器42的通带的波长的示例的表格。
如图7所示,例如,当检测叶绿素作为检测项目时,主要含有435nm和680nm的窄带被确定用于窄带滤波器42的通带。
图8是光学仿真器的仿真结果,该结果示出了具有作为第一层基板的可见光传感器11的PD 35的半导体层34的厚度与在PD 35处接收的光强和在作为第二层基板的窄带光传感器12的半导体层46的PD 47处接收的光强之间的关系。
在图8中,横轴的上层Si膜厚度表示作为第一层基板的可见光传感器11的半导体层34的厚度,纵轴表示光强。
在光学仿真器的仿真中,具有550nm、610nm或700nm波长的光被设定为入射光且入射到图像传感器2上,在作为第一层基板的可见光传感器11的PD 35处接收的光的光强和在作为第二层基板的窄带光传感器12的PD 47处接收的光的光强被计算出。
根据仿真结果,可以确认:对于550nm、610nm和700nm波长中的任一者的光,作为第一层基板的可见光传感器11的PD 35处的光强(第一Si)随着上层Si膜厚度增大而增大。
此外,根据仿真结果,可以确认:对于550nm、610nm和700nm波长中的任一者的光,作为第二层基板的窄带光传感器12的PD 47处的光强(第二Si)随着上层Si膜厚度增大而减小。
作为第二层基板的窄带光传感器12的PD 47接收透过作为(具有)第一层基板的可见光传感器11的PD 35(的半导体基板34)的Si的光,即,未被PD 35的Si吸收的光。
因为透过PD 35的Si的光是具有长的透过深度(penetration length)的长波长侧的光,所以作为第二层基板的窄带光传感器12的PD 47接收透过PD 35的Si的光这一构造适于接收位于相对长波长侧的窄带光。
如图8的仿真结果所示,通过PD 35的Si的一定波长的光透过(即,到达PD 47)的程度取决于PD 35的Si的厚度(上层Si膜厚度)。
根据图8的仿真结果,可以确认:对于具有610nm波长的光(红色光)(有阴影的矩形),当上层Si膜厚度是2.7um时,入射到PD 35的Si上的光的约15%到达作为第二层基板的窄带光传感器12的PD 47。
此外,根据图8的仿真结果,当可见光传感器11被布置在上层且窄带光传感器12被布置在下层时,为了实现例如对于具有610nm波长的光,具有入射到作为上层的可见光传感器11上的光的约10至15%或以上光强的光在作为下层的窄带光传感器12处被接收这样的规格,期望的是,光在到达作为下层的窄带光传感器12前透过的Si层的总厚度是约3um或更小。
这里,在CMOS图像传感器中,具有PD的Si层的厚度通常是约3um。那么,假设例如层叠在图像传感器2上的Si层的一个层的厚度是3um,为了实现上述规格,期望的是,被布置在窄带光传感器12的上层的Si层(由窄带光传感器12接收的光透过的Si层)的数量可以是一个。
然而,如果一个Si层能够极薄(例如,薄至小于1um),那么一个或多个Si层可以被布置在窄带光传感器12的上层。此外,在这种情况下,期望的是,被布置在窄带光传感器12的上层的Si层的总厚度是约3um或更小,从而实现上述规格。
图9是说明了图5(和图6)的图像传感器2的制造方法的概述的流程图。
在图5的图像传感器2中,可见光传感器11具有与背面照射型CMOS图像传感器(几乎)类似的构造,且窄带光传感器12具有与表面照射型CMOS图像传感器(几乎)类似的构造。
因此,能够通过利用背面照射型CMOS图像传感器和表面照射型CMOS图像传感器的制造方法来制造图5的图像传感器2。
即,在步骤S11中,用于制造图5中的图像传感器2的制造装置(未示出)制造作为可见光传感器11的背面照射型CMOS图像传感器。
此外,在步骤S12中,该制造装置制造作为窄带光传感器12的表面照射型CMOS图像传感器。
然后,所述制造装置将在步骤S11中制造的背面照射型可见光传感器11、在步骤S12中制造的表面照射型窄带光传感器12和电路板13进行层叠,形成用于必要电连接的过孔,形成OCL 31和OCCF 32,从而完成图5的图像传感器2。
可见光传感器11可以不是由背面照射型CMOS图像传感器而是由表面照射型CMOS图像传感器构成。
此外,窄带光传感器12可以不是由表面照射型CMOS图像传感器而是由背面照射型CMOS图像传感器构成。
<图像传感器2的第二构造例>
图10是示出了图像传感器2的第二构造例的横截面图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图5中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图5中,可见光传感器11和窄带光传感器12分别是第一层基板和第二层基板,因此可见光传感器11是上层基板且窄带光传感器12是下层基板。然而,在图10中,可见光传感器11是下层基板且窄带光传感器12是上层基板。
换言之,在图10的图像传感器2中,在从第一层基板到第三层基板这样三个基板之中,采用窄带光传感器12作为第一层基板且采用可见光传感器11作为第二层基板。
在图10中,作为第一层基板的窄带光传感器12由从上层层叠的滤波器层41、半导体层34、Poly层36和配线层37构成。
此外,在图10中,在半导体层34中,形成有PD 35或形成有代替PD 35的具有高透过率的透明材料61(例如,SiO2)。换言之,在半导体层34中,将要形成PD 35的部分是开口,且该开口填充有透明材料61的SiO2
在半导体层34的上层侧,形成有具有窄带滤波器42的滤波器层41。
在滤波器层41中,窄带滤波器42是针对半导体层34中的作为像素的PD 35而布置的。
在滤波器层41的上层侧,朝着上层的方向依次配置有绝缘膜33、OCCF 32和OCL31。尽管在图10中,OCCF 32被直接布置在OCL 31后,但是例如,OCCF 32可以被配置在配线层37与配线层43之间。
OCL 31和OCCF 32是针对透明材料61和作为像素的PD 35而形成的。
在图10中,作为第二层基板的可见光传感器11被配置在窄带光传感器12的配线层37的下层侧。
可见光传感器11由从上层侧层叠的配线层43、Poly层45和半导体层46构成。
在图10中,在半导体层46中,如图5所述,形成有作为像素的PD47。窄带光传感器12的透明材料61的SiO2是针对作为可见光传感器11的像素的PD 47而布置的,并且被形成在使PD 47处接收的光被透过的位置处。
在图10中,配线层37和配线层43中的配线38和配线44被布置为确保从透明材料61的SiO2到PD 47的光的光路。换言之,在图10中,配线38和配线44例如被布置在除了PD 47的上部以外的部分中。
Poly层36和45也被构造为类似于配线层37和43以确保从透明材料61的SiO2到PD47的光的光路。
在如上构造的图像传感器2中,作为窄带光传感器12的像素的PD 35接收通过OCL31、OCCF 32、绝缘膜33以及滤波器层41的窄带滤波器42入射的窄带光,并且进行光电转换。
此外,窄带光传感器12的透明材料61的SiO2使经由OCL 31、OCCF32、绝缘膜33以及滤波器层41的不存在窄带滤波器42的部分而入射的光透过。
透过透明材料61的SiO2的光还经由Poly层36、配线层37、43和Poly层45入射至半导体层46。入射至半导体层46的光在作为可见光传感器11的像素的PD 47处被接收,并且被光电转换。
换言之,在图10中,例如,光L21、L22透过OCL 31、OCCF 32、绝缘膜33、滤波器层41、半导体层34的透明材料61的SiO2、配线层38、44和Poly层45,并且入射到作为可见光传感器11的像素的PD 47上。入射到PD 47上的光(即,透过OCCF 32的可见光)在PD 47处被接收,并且被光电转换。
此外,在图10中,例如,光L23经由OCL 31、OCCF 32和绝缘膜33入射到滤波器层41的窄带滤波器42上。关于入射在窄带滤波器42上的光,仅预定窄带内的窄带光透过窄带滤波器42,在作为窄带光传感器12的像素的PD 35处被接收,并且被光电转换。
如上所述,在图10的图像传感器2中,类似于图5和图6的情况,由于层叠有窄带光传感器12和可见光传感器11,能够同时接收可见光和窄带光,且能够同时获取与可见光相对应的常规图像和与窄带光相对应的窄带图像。
<图像传感器2的第三构造例>
图11是示出了图像传感器2的第三构造例的横截面图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图5中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图11的图像传感器2与图5的图像传感器2(其中,作为窄带光传感器12的一个像素的一个PD 47是针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的)的不同之处在于:作为窄带光传感器12的两个像素的两个PD 47分别在水平方向和垂直方向上针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35布置。
换言之,在图5的图像传感器2中,作为窄带光传感器12的一个像素的一个PD 47是针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的。
与此相比,在图11的图像传感器2中,作为窄带光传感器12的两个像素的两个PD47分别在水平方向和垂直方向上针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35布置。
此外,在图11中,例如,可见光传感器11的PD 35与窄带光传感器12的PD 47之间的距离、其它位置关系、作为像素的PD 35和47的尺寸等被设定为使得入射在可见光传感器11的一个PD 35上的光L11(的一部分)透过作为可见光传感器11的一个像素的PD 35,且在作为与作为一个像素的PD 35相对应的窄带光传感器12的两个像素之中的一个像素的PD 47处被接收;并且使得入射在可见光传感器11的一个PD 35上的其它光L12(的一部分)透过作为可见光传感器11的一个像素的PD 35,且在作为与作为一个像素的PD 35相对应的窄带光传感器12的两个像素之中的另一个像素的PD 47处被接收。
此外,在图11的图像传感器中,每个单独的窄带滤波器42针对作为窄带光传感器12的两个像素的两个PD 47而被布置在滤波器层41中,两个PD 47分别在水平方向和垂直方向上针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置。
通过针对PD 47而布置的窄带滤波器42而获得的窄带光入射至作为窄带光传感器12的像素的PD 47。
图12是示出了图11的图像传感器2的第三构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图6中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第三构造例中,如图11所示,作为窄带光传感器12的两个像素的两个PD 47分别在水平方向和垂直方向上相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD35而布置。
因此,在图像传感器2的第三构造例中,如图12所示,作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置。
因此,透过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的光在作为相对于一个像素而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47处被接收。
单个的各窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的,而所述四个PD 47是针对作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的。
相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的各窄带滤波器42可以是具有作为相互不同的窄带的通带的滤波器,或各窄带滤波器42中的两者可以是具有作为相同窄带的通带的滤波器。
通过待从窄带图像检测的检测项目来确定相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的各窄带滤波器42的通带。
关于针对作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的各窄带滤波器42之中的仅一个窄带滤波器42的灵敏度(光强)不足的窄带光来说,可以采用多个窄带滤波器42作为用于使窄带光透过的窄带滤波器。
在图12的图像传感器2中,穿过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的光经由窄带滤波器42变成窄带光,在相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47处被接收,并且被光电转换。
如上所述,在图12的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35布置的,能够获取多光谱数据作为与至多四种类型的窄带的窄带光相对应的窄带图像。
这里,在图12的图像传感器2中,类似于在图6中,透过作为G像素(其接收透过可见光传感器11的绿色(光透过)滤色器的光)的PD 35的Si的光,透过窄带滤波器42以变成窄带光且以在作为窄带光传感器12的像素的各PD 47处被接收。
如上所述,在图12的图像传感器2中,作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD47相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置,并且单个的各窄带滤波器42相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置,从而接收不同窄带(波长)的窄带光。
在图12中,(作为)窄带光传感器12的2×2个像素(的四个PD 47)是相对于(作为)可见光传感器11的一个像素(的一个PD 35)而布置IDE,且相应的单个的各窄带滤波器42是相对于2×2个像素而布置IDE。可替代地,窄带光传感器12的2×2个像素以外的诸如3×3个像素、4×4个像素和2×4个像素等多个像素可以相对于可见光传感器11的一个像素而布置,且各单个的(多个)窄带滤波器42相对于上述多个像素而布置。
<图像传感器2的第四构造例>
图13是示出了图像传感器2的第四构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图12中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第四构造例中,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的多个(例如,2×2个)像素的四个PD 35而布置的。
因此,可以说,透过作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD35的光在作为针对2×2个像素而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被共同接收。
单个的各窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的4×4个(多个)像素的16个PD 47而布置的,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的多个(例如,2×2个)像素的相应的四个PD 35而布置的。
类似于在图12中,相对于作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47而布置的各窄带滤波器42可以是具有作为相互不同窄带的通带的滤波器,或所述窄带滤波器42中的两者可以是具有作为相同窄带的通带的滤波器。
在图13的图像传感器2中,穿过作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD 35的光经由窄带滤波器42变成窄带光,在作为相对于作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD 35而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处被接收,并且被光电转换。
如上所述,在图13的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD 35而布置的,所以能够获取多光谱数据作为与至多16种类型的窄带的窄带光相对应的窄带图像。
这里,在图13的图像传感器2中,与窄带光传感器12的4×4个像素对应的可见光传感器11的2×2个像素是可见光传感器11的对透过绿色滤色器(以下也被称为G滤波器)的光进行接收的两个G像素、对透过红色滤色器(以下也被称为R滤波器)的光进行接收的一个R像素和对透过蓝色滤色器(以下也被称为B滤波器)的光进行接收的一个B像素。
因此,在图13的图像传感器2中,可以说,透过作为两个G像素、一个R像素和一个B像素的各PD 35的光共同透过各窄带滤波器42,并且获得的窄带光在窄带光传感器12的4×4个像素处被接收。
因此,在窄带光传感器12中,根据透过可见光传感器11的R像素、G像素和B像素中的各者的光束,可以从所述光束中选择和接收透过窄带滤波器42的窄带光。
<图像传感器2的第五构造例>
图14是示出了图像传感器2的第五构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图6中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图14中,类似于图6,图像传感器2通过层叠从第一层基板到第三层基板这样三个基板来构成。
尽管在图6中,分别地,第一层基板是可见光传感器11、第二层基板是窄带光传感器12且第三层基板是电路板13,但是在图14中,分别地,第一层基板是可见光传感器11、第二层是电路板13且第三层基板是窄带光传感器12。
在图14的图像传感器2的第五构造例中,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的光在作为相对于所述一个像素而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被接收。
此外,在图14中,类似于图13,各单个的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47而布置的,所述16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置IDE。
在图14的图像传感器2中,穿过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的光经由窄带滤波器42变成窄带光,在作为相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD35而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处被接收,并且被光电转换。
这里,在图14中,透过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD35的光透过电路板13,然后经由窄带滤波器42在作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被接收。
电路板13例如由Si构成。由Si构成的电路板13与透过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的且在作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被接收的光的光路的交点由透明材料101(例如,SiO2)构成。
因此,穿过作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35的光当透过电路板13时透过透明材料101(SiO2),且因此不(几乎不)衰减地透过电路板13以被窄带光传感器12接收。
在图14中,窄带传感器12接收透过构成作为可见光传感器11的像素的PD 35的Si以及电路板13的透明材料101(SiO2)的光(窄带光)。因此,在图14中,使光通过以被窄带光传感器12接收的Si层是构成作为可见光传感器11的像素的PD 35的Si的一个层。
在图14的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的,因此能够获取多光谱数据作为与至多16种类型的窄带的窄带光相对应的窄带图像。
这里,在图14的图像传感器2中,与窄带光传感器12的4×4个像素对应的可见光传感器11的一个像素是对透过可见光传感器11的绿色滤色器的光进行接收的一个G像素。
因此,在图14的图像传感器2中,窄带光传感器12的PD 47接收透过G像素的光,即透过绿色滤色器的光(此外,透过构成作为可见光传感器11的像素的PD 35的Si的窄带光和透过窄带滤波器42的窄带光)。
<图像传感器2的第六构造例>
图15是示出了图像传感器2的第六构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图14中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图15的图像传感器2中,类似于图14,分别地,第一层基板是可见光传感器11、第二层基板是电路板13且第三层基板是窄带光传感器12。
此外,在图15的第六构造例的图像传感器2中,类似于图14,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于可见光传感器11的一个像素而布置的。
然而,在图15中,与作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47对应的可见光传感器11的一个像素不是PD 35,而是透明材料112(例如,SiO2)。
此外,与可见光传感器11的作为透明材料112(SiO2)的一个像素对应的滤色器不是构成拜耳阵列的R滤波器、G滤波器、B滤波器中的任何一者,而是用于使白色光透过的滤色器(以下也被称为W(白色)滤色器)111。
换言之,在图15中,与作为窄带光传感器的4×4个像素的16个PD 47对应的可见光传感器11的一个像素用的滤色器本来是拜耳阵列的G滤波器,但是将该G滤波器加工成W滤波器111。
此外,在图14中,电路板13与被窄带光传感器12接收的光(图中箭头所示)的光路的交点由透明材料101(SiO2)构成,但是在图15中,它不是由透明材料101(SiO2)而是由Si构成。
在如上构造的图15的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光在作为可见光传感器11的像素的PD 35处被接收。
此外,透过OCCF 32的W滤波器111的光透过作为可见光传感器11的像素的透明材料112(SiO2),并且入射至电路板13。
入射至电路板13的光透过构成电路板13的Si,经由窄带滤波器42变成窄带光,并且被作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47接收。
在图15的图像传感器2中,类似于图14,由于作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料112(SiO2)而布置的,所以能够获取多光谱数据作为与至多16种类型的窄带的窄带光相对应的窄带图像。
在图15中,窄带传感器12接收透过可见光传感器11的透明材料112(SiO2)以及构成电路板13的Si的光(窄带光)。因此,在图15中,使光通过以被窄带光传感器12接收的Si层是构成电路板13的Si的一个层。
此外,在图15的图像传感器2中,作为与窄带光传感器12的4×4个像素对应的可见光传感器11的一个像素的透明材料112(SiO2)使透过OCCF 32的W滤波器111的光透过。
因此,在图15的图像传感器2中,窄带光传感器12的PD 47接收透过W滤波器111的光(此外,透过作为可见光传感器11的像素的透明材料112(SiO2)、构成电路板13的Si的窄带光和透过窄带滤波器42的窄带光)。
<图像传感器2的第七构造例>
图16是示出了图像传感器2的第七构造例的横截面图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图11中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图16中,在可见光传感器11的半导体层34中,形成有作为像素的PD 35或具有高透过率的透明材料121(例如,SiO2)。换言之,在半导体层34中,与作为窄带传感器12的像素的PD 47相对应的可见光传感器11的像素的一部分是开口,且该开口填充有透明材料121(SiO2)。
此外,在图16中,OCCF 32的与作为可见光传感器11的像素的透明材料121(SiO2)相对应的一部分变成代替拜耳阵列中初始的颜色滤色器的W滤色器122。
在如上构造的图16的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光入射至作为可见光传感器11的一个像素的PD35并且在那里被接收。
此外,透过W滤波器122的光L11、L12入射至并且透过作为可见光传感器11的一个像素的透明材料121的SiO2。透过透明材料121的SiO2的光L11、L12透过窄带滤波器42,并且在作为窄带光传感器12的单独像素的PD 47处被接收。
这里,例如,在图15的图像传感器2中,由于入射至窄带滤波器42的光例如透过构成作为可见光传感器11的一个像素的PD 35的Si,因此不具有长波长的光被Si吸收。所以,能够在作为窄带光传感器12的像素的PD 47处被接收的窄带光限于具有不被构成作为可见光传感器11的一个像素的PD 35的Si吸收的长波长的光的范围。
另一方面,在图16的图像传感器2中,入射至窄带滤波器42上的光例如透过W滤波器122以及透明材料121的SiO2,且不存在如图5所示的被Si吸收的光。因此,能够从入射在窄带滤波器42上的光(即,例如从紫外光到红外光这样的宽带内的光)中选择能够在作为窄带光传感器12的像素的PD 47处被接收的窄带光。
因此,能够说,图5的图像传感器2(其中,入射至窄带滤波器42的光透过Si)是长波长对应型图像传感器,该图像传感器能够从具有长波长的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光。
另一方面,能够说,图16的图像传感器2(其中,入射到窄带滤波器42上的光透过W滤波器122以及透明材料121的SiO2)是全波长对应型图像传感器,该图像传感器能够从宽带内的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光。
图17是示出了图16的图像传感器2的第七构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图12中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第七构造例中,可见光传感器11的一部分像素不是PD 35,而是透明材料121的SiO2,且对于这一部分像素,拜耳阵列中的OCCF 32的滤色器不是拜耳阵列中的初始颜色的滤色器,而是W滤色器122。
作为窄带光传感器12的两个像素的两个PD 47分别在水平方向和垂直方向上相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料121的SiO2而布置。
因此,在图像传感器2的第七构造例中,如图17所示,作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料121的SiO2而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的一个像素的透明材料121的SiO2的光在作为相对于所述一个像素而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47处被接收。
各单独的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的一个PD 35而布置的。
在如上构造的图像传感器2中,作为可见光传感器11的像素的PD 35接收透过OCCF32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光。
此外,透过W滤波器122的光入射至且透过作为可见光传感器11的像素的透明材料121的SiO2。透过透明材料121的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且被作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47接收,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料121的SiO2而布置的。
透过W滤波器122以及透明材料121的SiO2的光具有与宽带内的光(即,入射到图像传感器2上的光)类似的光谱成分。因此,窄带光传感器12能够从宽带内的光中选择透过窄带滤波器42的窄带光。
<图像传感器2的第八构造例>
图18是示出了图像传感器2的第八构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图13中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
此外,在下文中,为了简化说明,可见光传感器11是第一层基板、窄带光传感器12是第二层基板且电路板13是第三层基板。此外,在下文中,未示出第三层基板的电路板13。
在图像传感器2的第八构造例中,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的R像素的一个PD 35而设置的。
因此,透过作为可见光传感器11的R像素的一个PD 35的光在作为针对该R像素而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被接收。
各单独的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47而布置的,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的R像素的一个PD 35而布置的。
在图18的图像传感器2中,穿过作为可见光传感器11的R像素的一个PD 35的光经由窄带滤波器42变成窄带光,在作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处被接收,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的R像素的一个PD 35而布置的。
如上所述,在图18的图像传感器2中,透过作为R像素的PD 35的光透过窄带滤波器42,且获的的窄带光在窄带光传感器12的4×4个像素处被接收。
因此,在窄带光传感器12中,根据透过作为可见光传感器11的R像素的PD 35的光,可以从所述光中选择和接收透过窄带滤波器42的窄带光。
这里,在图18的图像传感器2的第八构造例中,窄带光传感器12接收透过作为可见光传感器11的R像素的PD 35的光,即透过OCCF 32的R滤波器的光中的透过窄带滤波器42的窄带光。
因此,在图18的图像传感器2中,由于能够从透过OCCF 32的R滤波器的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光,因此对于例如从具有约600nm或以上波长的光至红外光区域的光内的窄带光被接收的情况而言是有效的。
此外,例如,在图6的图像传感器2的第一构造例中,如上所述,窄带光传感器12接收透过作为可见光传感器11的G像素的PD 35的光,即来自透过OCCF 32的G滤波器的光中的透过窄带滤波器42的光。
因此,在图6的图像传感器2中,由于能够从透过OCCF 32的G滤波器的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光,所以当接收用于检测图7所示的检测项目(例如,叶绿素、β胡萝卜素和血红蛋白)的窄带光时是有效的。
类似于图6或图18的图像传感器2,窄带光传感器12能够构成接收从透过作为可见光传感器11的B像素的PD 35的光中的透过窄带滤波器42的窄带光的图像传感器(以下也被称为“B像素对象传感器”)。
然而,在B像素对象传感器中,透过作为可见光传感器11的B像素的PD 35的光在入射到作为B像素的PD 35上之前透过OCCF 32的B滤波器,且因此(几乎)不包括能够透过构成作为B像素的PD 35的Si的长波长。
因此,在B像素对象传感器中,几乎不存在透过构成PD 35的Si的光,且在窄带光传感器12中,因此难以接收具有足够强度的光。
<图像传感器2的第九构造例>
图19是示出了图像传感器2的第九构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图17中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第九构造例中,拜耳阵列中的OCCF 32的滤色器的一部分不是拜耳阵列中的初始颜色的滤色器,而是W滤色器131。
此外,作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于可见光传感器11的与W滤波器131对应的像素(即,作为用于接收透过W滤波器131的光的W像素的PD 35)而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的W像素的PD 35的光在作为针对W像素而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47处被接收。
各单独的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的W像素的PD 35而布置的。
在如上构造的图19的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光入射至作为可见光传感器11的R像素、G像素或B像素的PD 35并且在那里被接收。
此外,透过W滤波器131的光入射在作为可见光传感器11的W像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过W滤波器131的光的一部分透过作为可见光传感器11的W像素的PD 35。透过(构成)作为可见光传感器11的W像素的PD35(的Si)的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且被作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47接收,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的W像素的PD 35而布置的。
如上,在图19的图像传感器2中,在窄带光传感器12中,接收透过W滤波器131和构成作为W像素的PD 35的Si(此外,窄带滤波器42)的光。
因此,在窄带光传感器12中,能够接收具有较少衰减的窄带光,即,与接收透过R滤色器和作为R像素的PD 35、G滤波器和作为G像素的PD 35以及B滤波器和作为B像素的PD 35的光的情况相比,能够以高灵敏度接收窄带光。
此外,在图19的图像传感器2中,能够从透过W滤波器131和构成PD 35的Si的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光。因此,尽管取决于构成作为W像素的PD 35的Si的厚度,但是例如对于接收具有约550nm至红外光区域的波长的窄带光来说是有效的。
<图像传感器2的第十构造例>
图20是示出了图像传感器2的第十构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图17中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第十构造例中,可见光传感器11的一部分像素不是PD 35,而是透明材料141(例如,SiO2)。在图20中,与拜耳阵列中的OCCF 32的G滤波器的一部分相对应的像素(G像素)是透明材料141。
作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料141的SiO2而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的像素的透明材料141的SiO2的光被作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47接收。
各单独的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的PD 35而布置的。
在如上构造的图20的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光入射到作为可见光传感器11的像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过与像素对应的G滤波器的光入射至并且透过作为可见光传感器11的像素的透明材料141的SiO2上。透过透明材料141的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且在作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47处被接收,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料141的SiO2而布置的。
因此,在图20的图像传感器2中,由于能够从透过OCCF 32的G滤波器的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光,当接收用于检测图7所示的检测项目(例如,叶绿素、β胡萝卜素和血红蛋白)的窄带光时是有效的。
此外,被窄带光传感器12接收的窄带光是透过G滤波器后透过作为可见光传感器11的像素的透明材料141的SiO2的光。因此,与图6中的在透过G滤波器之后,透过构成作为光传感器11的像素的PD 35的Si的光被窄带光传感器12接收的情况相比,由于光不被Si吸收,能够高灵敏度地接收窄带光。
<图像传感器2的第十一构造例>
图21是示出了图像传感器2的第十一构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图20中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第十一构造例中,可见光传感器11的一部分不是PD 35,而是例如透明材料151的SiO2。在图21中,例如,与拜耳阵列中OCCF 32的R滤波器的一部分相对应的像素(R像素)是透明材料151。
作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料151的SiO2而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的像素的透明材料151的SiO2的光在作为相对于R像素而布置的窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47处被接收。
各单独的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47而布置IDE,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料151的SiO2而布置的。
在如上构造的图21的图像传感器2中,作为可见光传感器11的像素的PD 35接收透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光。
此外,在作为可见光传感器11的像素的透明材料151的SiO2中,已经透过与像素对应的R滤波器的光入射并且透过。透过透明材料151的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且被作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47接收,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料151的SiO2而布置的。
因此,在图21的图像传感器2中,由于能够从透过OCCF 32的R滤波器的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光,对例如接收从具有约600nm或以上的波长的光至红外区域的范围内光中的窄带光的情况而言是有效的。
此外,被窄带光传感器12接收的窄带光是透过R滤波器之后透过作为可见光传感器11的像素的透明材料151的SiO2的光。因此,与图18中的在透过R滤波器之后透过构成作为光传感器11的像素的PD 35的Si的光被窄带光传感器12接收的情况相比,由于光不被Si吸收,窄带光能够被高灵敏度地接收。
<图像传感器2的第十二构造例>
图22是示出了图像传感器2的第十二构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图20中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第十二构造例中,可见光传感器11的一部分像素不是PD 35,而是透明材料161(例如,SiO2)。在图22中,与拜耳阵列中的OCCF 32的B滤波器的一部分相对应的像素(B像素)是透明材料161。
作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料161的SiO2而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的像素的透明材料161的SiO2的光被作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47接收。
各单个的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47而布置的,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料161的SiO2而布置的。
在如上构造的图22的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光入射在作为可见光传感器11的像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过与像素对应的B滤波器的光入射至并且透过作为可见光传感器11的像素的透明材料161的SiO2。透过透明材料161的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且在作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47处被接收,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料161的SiO2而布置的。
因此,在图22的图像传感器2中,由于能够从透过OCCF 32的B滤波器的光中选择被窄带光传感器12接收的窄带光,因此当接收用于检测(观察)图7所示的检测项目(例如,β胡萝卜素、叶绿素、人体皮肤表皮、毛孔)的窄带光时是有效的。
<图像传感器2的第十三构造例>
图23是示出了图像传感器2的第十三构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图19中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图23的图像传感器2被构造为类似于图19的图像传感器2。
注意,在图19的图像传感器2中,如上所述,采用拜耳阵列的OCCF32。拜耳阵列的OCCF 32的滤色器的一部分不是拜耳阵列中的初始颜色的滤色器,而是W滤色器。
与之相比,在图23的图像传感器2中,最初就采用具有W滤波器的阵列的OCCF 32。
因此,在图19的图像传感器2中,需要加工拜耳阵列的OCCF 32的一部分以使之变成W滤色器。在图23的图像传感器2中,由于初始就采用具有W滤波器的阵列的OCCF 32,所以不需要加工OCCF 32。
在图23的图像传感器2中,作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于与W滤色器对应的像素(即,作为可见光传感器11的用来接收透过W滤波器的光的W像素的PD 35)布置的。
各单个的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的W像素的PD 35而布置的。
在如上构造的图23的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器、B滤波器或W滤波器的光入射至作为可见光传感器11的R像素、G像素、B像素或W像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过W滤波器的光的一部分透过作为可见光传感器11的(部分或所有)W像素的PD 35。透过(构成)作为可见光传感器11的W像素的PD 35(的Si)的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且被作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47接收,该四个PD47是相对于作为可见光传感器11的W像素的PD 35而布置的。
在图23的图像传感器2中,在窄带光传感器12中接收从透过W滤波器的光中获取的窄带光。与接收从透过R滤波器、G滤波器或B滤波器的光中获取的窄带光的情况相比,能够从宽带内的光中选择在窄带光传感器12处被接收的窄带光。
此外,在图23的图像传感器2中,可见光传感器11具有接收透过W滤波器的光的PD35。因此,例如,与图17的图像传感器2(其中,布置有透明材料121的SiO2来代替接收透过W滤波器122的光的PD 35)相比,能够获取具有高图像质量的常规图像。
如上,在采用具有W滤波器的阵列的OCCF 32的图23的图像传感器2中,能够从宽带内的光中选择在窄带光传感器12处被接收的窄带光,且能够获取具有高图像质量的常规图像。因此,具有W滤波器的阵列的OCCF 32与层叠有可见光传感器11和窄带光传感器12的图像传感器2匹配(兼容)。
图24示出了具有W滤波器的OCCF的已知阵列(CFA(Color filter Array:滤色器阵列))的示例。
作为OCCF 32,能够采用图24所示的具有W滤波器的阵列的OCCF以及具有W滤波器的某种阵列的任何其它OCCF。
<图像传感器2的第十四构造例>
图25是示出了图像传感器2的第十四构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图17或图23中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图25的图像传感器2被构造为类似于图17的图像传感器2。
注意,在图17的图像传感器2中,如上所述,采用拜耳阵列的OCCF32。拜耳阵列的OCCF 32的滤色器的一部分不是拜耳阵列中的初始颜色的滤色器,而是W滤波器。
与此相比,在图25的图像传感器2中,类似于图23,初始就采用具有W滤波器的阵列的OCCF 32。
因此,在图17的图像传感器2中,需要将拜耳阵列中的OCCF 32的一部分加工成W滤波器。在图25的图像传感器2中,由于初始就采用具有W滤波器的阵列的OCCF 32,不需要加工OCCF 32。
在图25的图像传感器2中,类似于图17,可见光传感器11的与OCCF32的W滤波器(的部分或所有)对应的像素不是PD 35,而是透明材料121的SiO2,且作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为与W滤波器对应的W像素的透明材料171(例如,SiO2)而布置的。
在如上构造的图25的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器、B滤波器或W滤波器的光入射在作为可见光传感器11的R像素、G像素、B像素或W像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过W滤波器的光,透过作为可见光传感器11的W像素的透明材料171的SiO2。透过透明材料171的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且在作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47处被接收,该四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料171的SiO2而布置的。
因此,在图25的图像传感器2中,由于作为可见光传感器11的W像素的透明材料171的SiO2,常规图像的图像质量劣化。
然而,在图25的图像传感器2中,窄带光传感器12不是接收透过构成作为可见光传感器11的像素的PD 35的Si的光,而是接收从透过光透明材料171的SiO2的光中获取的窄带光。由于不存在因光透过Si而造成的衰减,能够以高灵敏度接收窄带光。
<图像传感器2的第十五构造例>
图26是示出了图像传感器2的第十五构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图20中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
在图像传感器2的第十五构造例中,可见光传感器11的一部分像素不是PD 35,而是透明材料181(例如,SiO2)。在图26中,例如,类似于图20,与拜耳阵列的OCCF 32的G滤波器的一部分相对应的像素(G像素)是透明材料181。
作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料181的SiO2而布置的。
因此,透过作为可见光传感器11的像素的透明材料181的SiO2的光被作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47接收。
各单个的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47而布置的,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料181的SiO2而布置的。
在如上构造的图26的图像传感器2中,透过OCCF 32的R滤波器、G滤波器或B滤波器的光入射在作为可见光传感器11的像素的PD 35上并且在那里被接收。
此外,透过与像素对应的G滤波器的光入射至并且透过作为可见光传感器11的像素的透明材料181的SiO2。透过透明材料181的SiO2的光经由窄带滤波器42变成窄带光,并且在作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处被接收,该16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料181的SiO2而布置的。
这里,当可见光传感器11的像素具有与窄带光传感器12的像素相同的尺寸时,例如,在图26的图像传感器2中,被窄带光传感器12接收的光的面积大于透过可见光传感器12的光的面积。
换言之,在图26的图像传感器2中,透过作为可见光传感器11的一个像素的透明材料181的SiO2的光在作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处被接收。因此,当可见光传感器11的像素具有与窄带光传感器12的像素相同的尺寸时,被窄带光传感器12接收的光的面积将是透过可见光传感器12的光的面积的4×4倍(或以上)。
换言之,当可见光传感器11的像素具有与窄带光传感器12的像素相同的尺寸时,为了在作为窄带光传感器12的4×4个像素的相应的16个PD 47处接收透过作为可见光传感器11的一个像素的透明材料181的SiO2的光,需要的是,被窄带光传感器12接收的光的面积是透过可见光传感器12的光的面积的4×4倍(或以上)。
在图26的图像传感器2中,作为可见光传感器11的一个像素的透明材料181与窄带光传感器12的PD 47之间的距离以及其它位置关系被设定为使得被窄带光传感器12接收的光的面积是透过可见光传感器12的光的面积的至少4×4倍。
当被窄带光传感器12接收的光的面积大于透过可见光传感器12的光的面积时,将能够通过位于下层侧的窄带光传感器12接收从与图像传感器2的光轴(大致)平行的方向入射的光和从相对于图像传感器2的光轴倾斜一定程度的倾斜方向入射的光。因此,能够高灵敏度地接收窄带光。
窄带光传感器12的相对于作为可见光传感器11的一个像素的透明材料181的SiO2而布置的像素的数量不限于4×4个像素,且例如,可以根据需要的检测项目采用任何数量。
<图像传感器2的第十六构造例>
图27是示出了图像传感器2的第十六构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图20中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图27的图像传感器2被构造为类似于图20。
换言之,在图27的图像传感器2中,可见光传感器11的一部分G像素不是PD 35,而是透明材料191(例如,SiO2)。
作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47是相对于作为可见光传感器11的像素的透明材料191的SiO2而布置的,且各单个的窄带滤波器42是相对于作为窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47而布置的。
在图27中(类似于图20),可见光传感器11的4×4个像素中的一个G像素是透明材料191的SiO2,且作为窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47相对于一个G像素布置。
这里,在可见光传感器11中,作为透明材料191的SiO2的G像素被标注为G像素191。被作为相对于位于某一位置P的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD47接收的窄带光的带与被作为相对于其它位置P’的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47接收的窄带光的带可以相同或不同。
具体地,被作为相对于位于位置P的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47接收的窄带光的四个带分别由b1、b2、b3、b4表示,且被作为相对于位于其它位置P’的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的四个PD 47接收的窄带光的四个带分别由b1’、b2’、b3’、b4’表示。
位于位置P的带b1至b4可以与位于其它位置P’的带b1'至b4'分别相同。位于位置P的带b1至b4中的一者或多者可以与位于其它位置P’的带b1'至b4'中的一者或多者分别不同。
在图27中,位于位置P的带b1至b4中的一者或多者分别与位于其它位置P’的带b1'至b4'中的一者或多者不同。
因此,在图27中,窄带滤波器42根据位置而不同。具体地,与作为相对于位于位置P的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47相对应的窄带滤波器42(的组合)和与作为相对于位于其它位置P’的G像素191而布置的窄带光传感器12的2×2个像素的相应的四个PD 47相对应的窄带滤波器42(的组合)在通带(的组合)方面是不同的。
根据图27的图像传感器2,根据窄带光传感器12的位置(窄带传感器12感测(摄取)的窄带图像的位置),能够接收不同带内的窄带光(光谱(图像))。
如上所述,当接收根据窄带光传感器12的位置而不同的带内的窄带光时,将窄带光传感器12的受光面划分成多个区域,并且能够每个区域接收不同带内的窄带光。
图28概要地示出了窄带光传感器12的受光面的示例,该受光面被划分成多个区域。
在图28中,窄带光传感器12的受光面在水平方向和垂直方向上被划分成两个相等部分,并且被划分成左上、左下、右上和右下这样四个区域。
左上区域是接收用于检测叶绿素的窄带光的叶绿素检测区域,且左下区域是接收用于检测油酸的窄带光的油酸检测区域。此外,右上区域是接收用于检测水分的窄带光的水分检测区域,且右下区域是接收用于检测糖分的窄带光的糖分检测区域。
通过将窄带光传感器12的受光面划分成多个(即,如图28所示的四个)区域且接收窄带光,在图28中,能够同时检测多个检测项目(即,叶绿素、水分、油酸、糖分)。
如上所述,当使用具有包括被划分成图28所示的四个区域的受光面的窄带光传感器12的数码相机10时,例如,作为图4所示的用于西红柿农场的监视相机,能够同时监视西红柿的叶绿素、水分、油酸和糖分。
图29概要地示出了窄带光传感器12的受光面的另一个示例,该受光面被划分成多个区域。
在图29中,窄带光传感器12的受光面被划分成具有预定半径的圆和所述圆外的区域这样两个区域,且具有预定半径的圆通过以受光面的矩形中心为中心而设置。
圆内的区域是接收用于检测油酸的窄带光的油酸检测区域,且圆外的区域是接收用于检测叶绿素的窄带光的叶绿素检测区域。
窄带光传感器12的受光面的划分方式不受特别限制。例如,根据数码相机10的用途或其它方面,可以将窄带光传感器12的受光面划分成任何区域。
<图像传感器2的第十七构造例>
图30是示出了图像传感器2的第十七构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图13中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图30的图像传感器2被构造为类似于图13的图像传感器2。
注意,在图13的图像传感器2中,OCCF 32的颜色阵列是拜耳阵列,但是在图30的图像传感器2中,OCCF 32的颜色阵列不是拜耳阵列而是Quadra阵列。
在Quadra阵列中,R、G、B这三种颜色相应的滤色器以2×2像素单位来布置。
在图30中,类似于在图13中,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD 35而布置的。
此外,在图30中,可见光传感器11的与窄带光传感器12的4×4个像素对应的2×2个像素是作为可见光传感器11的2×2个像素的G像素(使透过G滤波器的光透过的像素)。
因此,在图30的图像传感器2中,可以说,透过作为2×2个像素中的G像素的相应的PD 35的光共同透过窄带滤波器42,且获得的窄带光在窄带光传感器12的4×4个像素处被接收。
因此,在窄带光传感器12中,根据透过可见光传感器11的2×2个像素中的相应的G像素的光束,可以从光束中选择和接收透过窄带滤波器42的窄带光。
此外,在窄带光传感器12中,由于接收从透过可见光传感器11的2×2个像素中的相应的G像素的光束中获取的窄带光,与接收从透过可见光传感器11的一个像素的光中获取的窄带光的情况相比,能够以高灵敏度接收窄带光。
<图像传感器2的第十八构造例>
图31是示出了图像传感器2的第十八构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图30中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图31的图像传感器2被构造为类似于图30的图像传感器2。
注意,在图30的图像传感器2中,OCCF 32的颜色阵列是Quadra阵列,但是在图31的图像传感器2中,OCCF 32的颜色阵列是Quadra-White阵列。
在Quadra-White阵列中,R、G、B、W(白色)这四种颜色的相应的滤色器以2×2像素单位来布置。
在图31中,类似于在图30中,作为窄带光传感器12的4×4个像素的16个PD 47是相对于作为可见光传感器11的2×2个像素的四个PD 35而设置的。
此外,在图31中,可见光传感器11的与窄带光传感器12的4×4个像素对应的2×2个像素是作为可见光传感器11的2×2个像素的W像素(使透过W滤波器的光透过的像素)。
因此,在图31的图像传感器2中,可以说,透过作为2×2个像素中的W像素的相应的PD 35的光共同透过窄带滤波器42,且获得的窄带光在窄带光传感器12的4×4个像素处被接收。
因此,在窄带光传感器12中,根据透过可见光传感器11的2×2个像素中的各个W像素的光束,可以从光束中选择和接收透过窄带滤波器42的窄带光。
此外,在窄带光传感器12中,由于接收从透过可见光传感器11的2×2个像素中的相应的W像素的光束中获取的窄带光,与接收从透过可见光传感器11的一个像素的光中获取的窄带光的情况相比,能够以高灵敏度接收窄带光。
这里,例如,如图13所示,在采用拜耳阵列的OCCF 32的图像传感器2中,通过选择OCCF 32的一个或多个点并且进行加工以将所选点中的2×2个像素的拜耳阵列的基本单位(具有2×2个像素(其中,左上方是红色、右下方是蓝色、左下方和右上方是绿色)的滤色器)变为具有2×2个像素的W滤波器,与图31的图像传感器2类似地,根据透透过作为可见光传感器11的2×2个像素的各个W像素的光束,可以从所述光束中选择和接收透过窄带滤波器42的窄带光,且能够以高灵敏度接收窄带光。
然而,在采用拜耳阵列的OCCF 32的图像传感器2中,当OCCF 32中的2×2个像素的拜耳阵列的基本单位被加工以变成具有2×2个像素的W滤波器时,在可见光传感器11中,变成的具有2×2个像素的W滤波器不能接收能够在拜耳阵列中获取的R、G和B光。因此,相邻的R像素、G像素或B像素需要插值。
与此相比,在图31中的采用初始就具有W滤波器的Quadra-White阵列的OCCF 32的图像传感器2中,不需要插值。
图32是示出了Quadra阵列和Quadra-White阵列的图画。
Quadra阵列包括以4×4个像素作为基本单位的滤色器,其中,分别布置有位于左上方的具有2×2个像素的G滤色器、位于左下方的具有2×2个像素的B滤波器、位于右上方的具有2×2个像素的R滤波器、位于右下方的具有2×2个像素的G滤波器。
Quadra-White阵列包括以4×4个像素作为基本单位的滤色器,其中,分别布置有位于左上方的具有2×2个像素的W滤波器、位于左下方的具有2×2个像素的B滤波器、位于右上方的具有2×2个像素的R滤波器、位于右下方的具有2×2个像素的G滤波器。
<图像传感器2的第十九构造例>
图33是示出了图像传感器2的第十九构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图18中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图33的图像传感器2被构造为类似于图18的图像传感器2。
注意,图33的图像传感器2与图18的图像传感器2(其中,PD 47由Si构成)的不同之处在于:(含有)作为窄带光传感器12的像素的PD47(的半导体层46)由InGaAs基材料构成。
如上所述,在图33的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的像素的PD 47由InGaAs基材料构成,能够高灵敏度地检测(接收)处于约700nm或以上(例如,约0.9至2.6um)长波长的窄带光,在PD 47由Si构成的情况下这样的窄带光的检测灵敏度低。
当作为窄带光传感器12的像素的PD 47由InGaAs基材料构成时,通过调整InGaAs基材料的In和Ga的成分比,能够在从约1.5至3.0um的范围内调整被PD 47接收的窄带光的波长。一般来说,In在InGaAs基材料的成分比越大,能够越多地检测(接收)位于较长波长侧的窄带光。当能够接收长波长的窄带光时,将能够检测水分等。
<图像传感器2的第二十构造例>
图34是示出了图像传感器2的第二十构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图18中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图34的图像传感器2被构造为类似于图18的图像传感器2。
注意,图34的图像传感器2与图18的图像传感器2(其中,PD 47由Si构成)的不同之处在于:作为窄带光传感器12的像素的PD 47由PbS基、PbSe基、Ge基、InAs基、InSb基或HgCdTe基材料构成。
如上所述,在图34的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的像素的PD 47由PbS基、PbSe基、Ge基、InAs基、InSb基或HgCdTe基材料构成,能够高灵敏度地检测与PD 47由Si构成的情况不同波长的窄带光。
根据窄带光传感器12期望检测(接收)的窄带光的波长,从PbS基、PbSe基、Ge基、InAs基、InSb基和HgCdTe基材料中的任一者确定PD47的材料。
例如,当期望检测具有约1.0至1.6um波长的窄带光时,PD 47由PbS基、PbSe基或Ge基材料构成。例如,当期望检测具有约1.0至5.5um波长的窄带光时,PD 47由InAs基或InSb基材料构成。
<图像传感器2的二十一构造例>
图35是示出了图像传感器2的第二十一构造例的概要立体图。
注意,在图中,由相同的附图标记来标注与图17中的组件相对应的组件,且因此在下文中将省略它们的详细说明。
图35的图像传感器2被构造为类似于图17的图像传感器2。
注意,图35的图像传感器2与图17的图像传感器2(其中,PD 47由Si构成)的不同之处在于:作为窄带光传感器12的像素的PD 47由GaN基、InGaN基或AlGaN基材料构成。
如上所述,在图35的图像传感器2中,由于作为窄带光传感器12的像素的PD 47由GaN基、InGaN基或AlGaN基材料构成,能够高灵敏度地检测与PD 47由Si构成的情况不同波长的窄带光。
换言之,当PD 47由GaN基、InGaN基或AlGaN基材料构成时,在窄带光传感器12中,能够检测具有从紫外光至约400nm(约0.2至0.4um)的短波长的窄带光。
如上所述,当由(在)窄带光传感器12(中)检测(接收)具有短波长的窄带光时,期望的是,可见光传感器11的与PD 47对应的像素由透明材料121的SiO2构成,且OCCF 32的与可见光传感器11的像素对应的滤色器是W滤波器,以使得具有短波长的窄带光以足够的光强(具有一定程度的光强)到达作为窄带光传感器12的像素的PD 47。
本发明的实施例不限于上述的实施例,且能够在不偏离本发明实质的情况下做出改变和修改。例如,关于本实施例中的W滤波器,能够采用具有与W滤波器的光谱特性相对接近的光谱特性的(使)黄颜色(的光透过)的滤色器(Y(Yellow:黄色)滤波器)来代替W滤色器。
此外,例如,在实施例中,尽管图像传感器2由从第一层基板到第三层基板这样三个基板构成,但是图像传感器2可以通过层叠两个或四个或更多基板(例如,四个或五个基板)来构成。
此外,例如,在实施例中,尽管构成图像传感器2的多个基板中的一个基板是接收可见光的可见光传感器11且另一个基板是接收窄带光的窄带光传感器12,但是图像传感器2可以包括两个或以上可见光传感器,或者两个或以上窄带光传感器。
具体地,例如,图像传感器2可以由通过从上层至下层层叠的第一可见光传感器、第二可见光传感器、第一窄带光传感器和第二窄带光传感器这样四个或以上层构成。在这种情况下,例如,简单地,在第一可见光传感器、第二可见光传感器、第一窄带光传感器和第二窄带光传感器中,用于进行光电转换的各像素的位置偏离,且从上层至下层透过必要的光,从而使得即使第二可见光传感器、第一窄带光传感器和第二窄带光传感器也能够与作为最外层的第一可见光传感器一样接收必要的光。
这里所述的效果不是仅限于示例性的效果,可以存在本文所述的效果以外的效果。
本发明可以具有下面的构造。
(1)
一种固态摄像装置,其包括:
以两层或以上层叠的多个基板;
所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,
具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,
具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器并且接收窄带内的窄带光。
(2)
根据(1)所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器包括使不同波段内的光透过的多个所述窄带滤波器。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器被层叠作为所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层。
(4)
根据(3)所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器包括接收透过所述可见光传感器和所述窄带滤波器的光的多个像素。
(5)
根据(1)至(4)所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的作为上层基板的一者由Si构成,所述上层基板被布置在下层基板的上方,所述下层基板被布置在与光入射侧相反的下层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的另一者作为所述下层基板接收透过所述Si的光。
(6)
根据(1)至(4)所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的作为上层基板的一者由SiO2构成,所述上层基板被布置在下层基板的上方,所述下层基板被布置在与光入射侧相反的下层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的另一者作为所述下层基板接收透过所述SiO2的光。
(7)
根据(5)所述的固态摄像装置,其中,
作为使具有预定颜色的光透过的光学滤波器的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器接收透过使绿色、红色或白色的光透过的所述滤色器的光。
(8)
根据(6)所述的固态摄像装置,其中,
作为使具有预定颜色的光透过的光学滤波器的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器接收透过使绿色、红色、蓝色或白色的光透过的所述滤色器的光。
(9)
根据(1)至(8)的任一项所述的固态摄像装置,其中,
具有预定阵列的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
具有预定阵列的所述滤色器包括使白色的光透过的白色滤色器。
(10)
根据(3)或(4)所述的固态摄像装置,其中,
被作为所述可见光传感器的下层的所述窄带光传感器接收的光的面积大于透过作为所述上层的所述可见光传感器的光的面积。
(11)
根据(3)或(4)所述的固态摄像装置,其中,
已透过作为所述上层的所述可见光传感器的光根据位置而透过不同的所述窄带滤波器。
(12)
根据(3)或(4)所述的固态摄像装置,其中,
作为所述可见光传感器的下层的所述窄带光传感器共同接收透过作为所述上层的所述可见光传感器的相应的多个像素的光。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由InGaAs基材料构成。
(14)
根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由PbS基材料、PbSe基材料、Ge基材料、InAs基材料、InSb基材料或HgCdTe基材料构成。
(15)
根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由GaN基材料、InGaN基材料或AlGaN基材料构成。
(16)
一种电子设备,其包括:
光学系统,所述光学系统收集光;和
固态摄像装置,所述固态摄像装置接收光且拍摄图像,
所述固态摄像装置包括,
以两层或以上层叠的多个基板,
所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,
具有所述像素的基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,
具有所述像素的基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器并且接收窄带内的窄带光。
附图标记列表
1 光学系统
2 图像传感器
3 存储器
4 信号处理单元
5 输出单元
6 控制单元
10 数码相机
11 可见光传感器
12 窄带光传感器
13 电路板
31 OCL
32 OCCF
33 绝缘膜
34 半导体层
35 PD
36 Poly层
37 配线层
38 配线
41 滤波器层
42 窄带滤波器
43 配线层
44 配线
45 Poly层
46 半导体层
47 PD
48 支撑基板/电路
61、101 透明材料
111 W滤波器
112、121 透明材料
122、131 W滤波器
141、151、161、171、181、191 透明材料

Claims (16)

1.一种固态摄像装置,其包括:
以两层或以上层叠的多个基板;
所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,
具有所述像素的所述基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,
具有所述像素的所述基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器并且接收窄带内的窄带光。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器包括使不同波段内的光透过的多个所述窄带滤波器。
3.根据权利要求2所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器被层叠作为所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器包括接收透过所述可见光传感器和所述窄带滤波器的光的多个像素。
5.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的作为上层基板的一者由Si构成,所述上层基板被布置在下层基板的上方,所述下层基板被布置在与光入射侧相反的下层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的另一者作为所述下层基板接收透过所述Si的光。
6.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的作为上层基板的一者由SiO2构成,所述上层基板被布置在下层基板的上方,所述下层基板被布置在与光入射侧相反的下层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器中的另一者作为所述下层基板接收透过所述SiO2的光。
7.根据权利要求5所述的固态摄像装置,其中,
作为使具有预定颜色的光透过的光学滤波器的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器接收透过使绿色、红色或白色的光透过的所述滤色器的光。
8.根据权利要求6所述的固态摄像装置,其中,
作为使具有预定颜色的光透过的光学滤波器的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
所述可见光传感器和所述窄带光传感器接收透过使绿色、红色、蓝色或白色的光透过的所述滤色器的光。
9.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
具有预定阵列的滤色器被层叠作为所述可见光传感器和所述窄带光传感器的位于光入射侧的上层,且
具有预定阵列的所述滤色器包括使白色的光透过的白色滤色器。
10.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
被作为所述可见光传感器的下层的所述窄带光传感器接收的光的面积大于透过作为所述上层的所述可见光传感器的光的面积。
11.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
已透过作为所述上层的所述可见光传感器的光根据位置而透过不同的所述窄带滤波器。
12.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
作为所述可见光传感器的下层的所述窄带光传感器共同接收透过作为所述上层的所述可见光传感器的相应的多个像素的光。
13.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由InGaAs基材料构成。
14.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由PbS基材料、PbSe基材料、Ge基材料、InAs基材料、InSb基材料或HgCdTe基材料构成。
15.根据权利要求4所述的固态摄像装置,其中,
所述窄带光传感器的像素由GaN基材料、InGaN基材料或AlGaN基材料构成。
16.一种电子设备,其包括:
光学系统,所述光学系统收集光;和
固态摄像装置,所述固态摄像装置接收光且拍摄图像,
所述固态摄像装置包括,
以两层或以上层叠的多个基板,
所述多个基板之中的两个或以上基板具有进行光电转换的像素,
具有所述像素的基板之中的至少一个基板是接收可见光的可见光传感器,
具有所述像素的基板之中的至少另一个基板是窄带光传感器,所述窄带光传感器包括作为使窄波段内的光透过的光学滤波器的窄带滤波器并且接收窄带内的窄带光。
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