JP4966618B2 - 撮像素子及び内視鏡装置 - Google Patents
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Description
前記半導体基板の上方に形成され、前記光電変換層で吸収される光の波長域とは異なる波長域の光を透過するカラーフィルタ層と、前記基板上光電変換素子で発生した電荷に応じた信号及び前記基板内光電変換素子で発生した電荷に応じた信号をそれぞれ読み出す信号読み出し手段とを備え、前記カラーフィルタ層は、前記多数の基板内光電変換素子の各々に対応する多数のカラーフィルタで構成され、前記多数のカラーフィルタは、それぞれ異なる波長域の光を透過する少なくとも3種類のカラーフィルタに分類され、前記少なくとも3種類のカラーフィルタのうちの1つは、赤外域の光を透過し、その他は可視域の一部の光を透過し、前記光電変換層は、可視域の一部の光を吸収してこれに応じた電荷を発生し、それ以外の光を透過する撮像素子。
図1は、本発明の実施形態を説明するための撮像素子の部分表面模式図である。図2は、図1に示す撮像素子のA−A線の断面模式図である。尚、図1では、マイクロレンズ14の図示を省略してある。
まず、半導体基板内に形成される各光電変換素子(PD)の分光感度特性を図4に示すものとし、光電変換層9の分光感度特性を図4に示すものとし、光電変換層9の分光透過率を図4に示すものとし、カラーフィルタ13r,13g,13bの分光透過率を図5に示すものとする。図4において縦軸は1を基準にしたときの分光感度又は分光透過率、横軸は光の波長を示す。図5において縦軸は1を基準にしたときの分光透過率、横軸は光の波長を示す。
(A)CMOS基板→透明電極の形成
・シリコン基板上に従来CMOSセンサと同様にn領域3r,3g,3b及び信号読出し部を形成。
・更に、n+領域4r,4g,4b及び信号読出し部を形成。
・シリコン基板上に絶縁層5を形成し、この上に透明電極7r,7g,7bを形成し、各透明電極7r,7g,7bと各n+領域4r,4g,4bをビアプラグを用いてコンタクトする。
・透明電極7r,7g,7b間の間隙は絶縁材料で埋め合わせ、透明電極7r,7g,7b表面を、絶縁材部分を含めCMPを用いて平坦化する。
以上のプロセスを半導体プロセスで行なう。
(B)光電変換層の形成
・透明電極7r,7g,7b上に光電変換層9を形成。
・更に透明電極10を形成。透明電極10は図示しないパッドにコンタクトされ、外部電源によりバイアス電圧が印加される。
以上のプロセスを真空蒸着プロセスで行なう。
(C)マイクロレンズ及びカラーフィルタの形成
・光電変換層9上に、例えば、ALCVD法でアルミナ保護層を形成し、更にパリレンC保護層を形成。
・次にモザイクカラーフィルタを形成する。モザイクカラーフィルタは、Gレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベーク、Bレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベーク、Rレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベークの順番で形成。
・最後にマイクロレンズを形成する。マイクロレンズは、レジスト塗布→ポストベーク→レジスト塗布→パターン露光→現像→メルトの順番で形成する。
本実施形態では、第一実施形態で説明したようなカラー画像データと赤外画像データを得ることが可能な撮像素子100を内視鏡装置に適用した形態について説明する。
図11に示す内視鏡装置は、検査対象となる部位を照明するための白色光源50と、撮影レンズや絞り等の光学系51と、光学系51を通過した光を受光する図1,2に示した構成の撮像素子100と、撮像素子100の光電変換層9の分光感度特性を補正するために撮像素子100と光学系51との間に配置された補正フィルタ52と、撮像素子100の光電変換層9で発生した電荷に応じた信号に基づいて赤外画像データを生成する赤外画像データ生成部53と、撮像素子100のR光電変換素子、G光電変換素子、及びB光電変換素子の各々で発生した電荷に応じた信号に基づいてカラー画像データを生成するカラー画像データ生成部54と、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データとカラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データとを用いた演算処理により、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データのコントラストを向上させた高コントラスト赤外画像データを生成する高コントラスト赤外画像データ生成部55と、高コントラスト赤外画像データ生成部55で生成された高コントラスト赤外画像データに強調処理を施す画像強調部57と、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データとカラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データとを用いた演算処理により、カラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データの色再現性を向上させた高色再現カラー画像データを生成する高色再現カラー画像データ生成部56と、強調処理後の高コントラスト赤外画像データに基づく画像及び高色再現カラー画像データに基づく画像を表示装置59に表示させる制御を行う表示制御部58とを備える。
I(x,y)=r1×R(x,y)+g1×G(x,y)+b1×B(x,y)+ir1×IR(x,y)・・・式(1)
I(x,y)は、高コントラスト赤外画像データの座標(x,y)における画素データを示す。
R(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるR成分の画素データを示す。
G(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
IR(x,y)は、赤外画像データの座標(x,y)におけるIR成分の画素データを示す。
r1,g1,b1,ir1は、R光電変換素子の分光感度特性と、G光電変換素子の分光感度特性と、B光電変換素子の分光感度特性と、R基板上光電変換素子の分光感度特性と、図12のReal曲線で表される分光感度特性とに基づいて決められた係数を示す。
G0(x,y)は、高色再現カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B0(x,y)は、高色再現カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
R(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるR成分の画素データを示す。
G(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
Ir(x,y)は、赤外画像データの座標(x,y)におけるIR成分の画素データを示す。
r2,r3,r4,g2,g3,g4,b2,b3,b4,ir2,ir3,ir4は、R光電変換素子の分光感度特性と、G光電変換素子の分光感度特性と、B光電変換素子の分光感度特性と、R基板上光電変換素子の分光感度特性と、図17に示すスタンダードRGB理想撮像特性とに基づいて決められた係数を示す。
1 シリコン基板
2 pウェル層
3r,3g,3b n領域
4r,4g,4b n+領域
5,8 透明絶縁層
5r,5g,5b 信号読み出し部
6r,6g,6b コンタクト部
7r,7g,7b,10 透明電極
9 光電変換層
11,12 保護層
13r,13g,13b カラーフィルタ
14 マイクロレンズ
Claims (13)
- 半導体基板内の同一面上に配列された多数の基板内光電変換素子を有する撮像素子であって、
前記半導体基板の上方の同一面上に形成された、前記多数の基板内光電変換素子の少なくとも一部に対応する基板上光電変換素子であって、対応する前記基板内光電変換素子の上方かつ前記半導体基板上方に形成された第一の電極、前記第一の電極上に形成された光電変換層、及び前記光電変換層上に形成された第二の電極を含んで構成される基板上光電変換素子と、
前記半導体基板の上方に形成され、前記光電変換層で吸収される光の波長域とは異なる波長域の光を透過するカラーフィルタ層と、
前記基板上光電変換素子で発生した電荷に応じた信号及び前記基板内光電変換素子で発生した電荷に応じた信号をそれぞれ読み出す信号読み出し手段とを備え、
前記カラーフィルタ層は、前記多数の基板内光電変換素子の各々に対応する多数のカラーフィルタで構成され、
前記多数のカラーフィルタは、それぞれ異なる波長域の光を透過する少なくとも3種類のカラーフィルタに分類され、
前記少なくとも3種類のカラーフィルタは、それぞれ可視域の光の一部を透過し、そのうちの少なくとも1種類は赤外域の光も透過し、
前記光電変換層は、赤外域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生し、それ以外の光を透過する撮像素子。 - 請求項1記載の撮像素子であって、
前記多数のカラーフィルタが、R(赤色)の波長域の光を透過するカラーフィルタと、
G(緑色)の波長域の光を透過するカラーフィルタと、B(青色)の波長域の光を透過するカラーフィルタとに分類される撮像素子。 - 請求項2記載の撮像素子であって、
前記Rの波長域の光を透過するカラーフィルタは、赤外域の光も透過し、
前記多数の基板内光電変換素子の一部とは、前記Rの波長域の光を透過するカラーフィルタに対応する基板内光電変換素子である撮像素子。 - 請求項1記載の撮像素子であって、
前記多数のカラーフィルタが、Cy(シアン)の波長域の光を透過するカラーフィルタと、G(緑色)の波長域の光又はMg(マゼンタ)の波長域の光を透過するカラーフィルタと、Ye(黄色)の波長域の光を透過するカラーフィルタとに分類される撮像素子。 - 半導体基板内の同一面上に配列された多数の基板内光電変換素子を有する撮像素子であって、
前記半導体基板の上方の同一面上に形成された、前記多数の基板内光電変換素子の少なくとも一部に対応する基板上光電変換素子であって、対応する前記基板内光電変換素子の上方かつ前記半導体基板上方に形成された第一の電極、前記第一の電極上に形成された光電変換層、及び前記光電変換層上に形成された第二の電極を含んで構成される基板上光電変換素子と、
前記半導体基板の上方に形成され、前記光電変換層で吸収される光の波長域とは異なる波長域の光を透過するカラーフィルタ層と、
前記基板上光電変換素子で発生した電荷に応じた信号及び前記基板内光電変換素子で発生した電荷に応じた信号をそれぞれ読み出す信号読み出し手段とを備え、
前記カラーフィルタ層は、前記多数の基板内光電変換素子の各々に対応する多数のカラーフィルタで構成され、
前記多数のカラーフィルタは、それぞれ異なる波長域の光を透過する少なくとも3種類のカラーフィルタに分類され、
前記少なくとも3種類のカラーフィルタのうちの1つは、赤外域の光を透過し、その他は可視域の一部の光を透過し、
前記光電変換層は、可視域の一部の光を吸収してこれに応じた電荷を発生し、それ以外の光を透過する撮像素子。 - 請求項5記載の撮像素子であって、
前記多数のカラーフィルタが、Cy(シアン)の波長域の光を透過するカラーフィルタと、赤外域の光を透過するカラーフィルタと、Ye(黄色)の波長域の光を透過するカラーフィルタとに分類され、
前記光電変換層が吸収する光は、G(緑色)の波長域の光である撮像素子。 - 請求項6記載の撮像素子であって、
前記多数の基板内光電変換素子の一部とは、前記Cyの波長域の光を透過するカラーフィルタに対応する基板内光電変換素子又は前記Yeの波長域の光を透過するカラーフィルタに対応する基板内光電変換素子である撮像素子。 - 請求項1〜7のいずれか1項記載の撮像素子であって、
前記カラーフィルタ層が、前記基板上光電変換素子よりも上方に形成されている撮像素子。 - 請求項8記載の撮像素子であって、
前記光電変換層が有機材料を含んで構成され、
前記基板上光電変換素子と前記カラーフィルタ層との間に、ALCVD法によって形成された前記基板上光電変換素子を保護するための保護層を備える撮像素子。 - 請求項9記載の撮像素子であって、
前記保護層が、無機材料を含んで構成される撮像素子。 - 請求項10記載の撮像素子であって、
前記保護層が、無機材料からなる無機層と、有機ポリマーからなる有機層との2層構造である撮像素子。 - 請求項1〜11のいずれか1項記載の撮像素子であって、
前記カラーフィルタ層の上方に、前記多数の基板内光電変換素子の各々に光を集光するためのマイクロレンズを備える撮像素子。 - 請求項1〜12のいずれか1項記載の撮像素子と、
前記撮像素子により撮像して得られた信号から、検査対象を目視したときに相当する画像データと、検査対象の内部変化を可視化した画像データとを生成する画像データ生成手段とを備える内視鏡装置。
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