JP5200319B2 - Image sensor - Google Patents

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Description

本発明は、受光素子を具備する撮像素子に関し、特に、受光素子の光入射側にカラーフィルタを配置し、観測対象の色成分の観測を可能とした撮像素子に関する。   The present invention relates to an image pickup device including a light receiving element, and more particularly to an image pickup device in which a color filter is disposed on a light incident side of a light receiving element so that a color component to be observed can be observed.

撮像素子(イメージセンサ)として、デジタルカメラ、ビデオカメラなどで用いられる二次元イメージセンサ、またはファクシミリや複写機で用いられるリニアセンサなどの一次元イメージセンサなどがあげられる。   Examples of the image sensor (image sensor) include a two-dimensional image sensor used in a digital camera, a video camera, or the like, or a one-dimensional image sensor such as a linear sensor used in a facsimile or a copying machine.

撮像素子に具備される例えばCMOSやCCDなどの受光素子(光電変換素子)は、素子に入射した光を電気信号に変換する。受光素子は、人間の視覚感度域である可視光波長域(例えば、400nm〜700nmの波長域)外の領域でも高い感度を有し、特に、可視光波長域より長波長側の波長域(以下、「赤外域」という。例えば、700nm〜1100nmの波長域)についても高い感度を有する。   A light receiving element (photoelectric conversion element) such as a CMOS or a CCD provided in the image pickup element converts light incident on the element into an electrical signal. The light receiving element has high sensitivity even in a region outside the visible light wavelength region (for example, a wavelength region of 400 nm to 700 nm) which is a human visual sensitivity region, and in particular, a wavelength region on the longer wavelength side than the visible light wavelength region (hereinafter referred to as a wavelength region below) , “Infrared region” (for example, a wavelength region of 700 nm to 1100 nm) has high sensitivity.

各受光素子の光の入射側には、入射光から特定の色成分を抽出する色分離を行うために3原色(あるいは補色)の有機カラーフィルタが設置される。受光素子は、入射光を有機カラーフィルタ経由で受ける。入射光は有機カラーフィルタによって色分離されるため、観測対象とされている色成分が受光素子によって観測される。   On the light incident side of each light receiving element, an organic color filter of three primary colors (or complementary colors) is installed in order to perform color separation for extracting a specific color component from the incident light. The light receiving element receives incident light via the organic color filter. Since the incident light is color-separated by the organic color filter, the color component to be observed is observed by the light receiving element.

受光素子は、入射した光の色の判別を行うことはなく、入射した光をこの光の強さに応じた電気信号に変換し、入射した光の明るさを検知するのみである。このため、受光素子の光入射側に、光の三原色である赤(R)、緑(G)、青(B)の有機カラーフィルタが備えられる。有機カラーフィルタは、撮影対象からの光を色分離して特定の光を取り出す。赤、緑、青の各カラーフィルタを通過した光は、各カラーフィルタに対向する受光素子に入射され、この各受光素子で電気信号に変換される。光電変換により得られた出力値(通常、電圧値)を合成することにより、撮影対象をカラー画像として再現させることが可能となる。   The light receiving element does not determine the color of the incident light, but only converts the incident light into an electrical signal corresponding to the intensity of the light and detects the brightness of the incident light. For this reason, organic light filters of red (R), green (G), and blue (B), which are the three primary colors of light, are provided on the light incident side of the light receiving element. The organic color filter color-separates light from a subject to be taken out and extracts specific light. The light that has passed through the red, green, and blue color filters is incident on a light receiving element that faces each color filter, and is converted into an electrical signal by each of the light receiving elements. By synthesizing output values (usually voltage values) obtained by photoelectric conversion, it is possible to reproduce the photographing object as a color image.

しかしながら、有機カラーフィルタには赤外域の光(赤外光)のカット機能がないため、人間の視覚感度域外(例えば700nmより長波長側)の光が受光素子に入射される場合がある。このため、撮像素子で得られる撮影対象の色は、人間が目視で観察した撮影対象の色と異なる場合があるという問題がある。   However, since the organic color filter does not have a function of cutting light in the infrared region (infrared light), light outside the human visual sensitivity region (for example, longer wavelength side than 700 nm) may be incident on the light receiving element. For this reason, there is a problem that the color of the photographing target obtained by the image sensor may be different from the color of the photographing target observed by human eyes.

このような人間の視覚感度域外の光により影響を受ける色分離を避けるため、赤外線カットフィルタが用いられる。すなわち、赤外線カットフィルタで、入射光から赤外域の光をカットする。しかる後、赤外域をカットされた光を各カラーフィルタに入射させ、赤外域の影響を削減する。   In order to avoid such color separation that is affected by light outside the human visual sensitivity range, an infrared cut filter is used. That is, the infrared cut filter cuts light in the infrared region from the incident light. Thereafter, the light whose infrared region is cut is made incident on each color filter to reduce the influence of the infrared region.

図21は、人間の視覚感度、受光素子の感度(SPD感度)、受光素子の感度に対して好ましい赤外域カットフィルタの透過率の関係の例を示すグラフである。   FIG. 21 is a graph illustrating an example of a preferable relationship between the transmittance of the infrared cut filter with respect to human visual sensitivity, sensitivity of the light receiving element (SPD sensitivity), and sensitivity of the light receiving element.

受光素子の感度は、赤外域にも広がっている。このため、赤外線カットフィルタにより、受光素子の赤外域の観測を抑制することにより、人間の視覚感度に近い測定が可能となる。すなわち、赤外線カットフィルタで図21中の斜線部の光をカットすれば、受光素子は人間の視覚感度に近い測定が可能となる。   The sensitivity of the light receiving element extends to the infrared region. For this reason, measurement close to human visual sensitivity is possible by suppressing the observation of the infrared region of the light receiving element by the infrared cut filter. That is, if the light of the hatched portion in FIG. 21 is cut by the infrared cut filter, the light receiving element can measure close to human visual sensitivity.

赤外線カットフィルタには、反射型と吸収型の2種類がある。   There are two types of infrared cut filters, a reflection type and an absorption type.

図22は、反射型の赤外線カットフィルタと赤外線吸収型の赤外線カットフィルタにおける光の波長と透過率との関係の例を示すグラフである。   FIG. 22 is a graph showing an example of the relationship between the wavelength of light and the transmittance in a reflection-type infrared cut filter and an infrared absorption-type infrared cut filter.

反射型の赤外線カットフィルタは、例えば、ガラス板上に無機多層膜を形成して構成される。無機多層膜による反射型の赤外線カットフィルタは、フィルタ面に垂直な方向の入射光に対して高い赤外線のカット機能を持つが、斜め入射などの角度のついた赤外線に対しては十分なカット機能を実現することが困難である。   The reflective infrared cut filter is configured by forming an inorganic multilayer film on a glass plate, for example. Reflective type infrared cut filter with inorganic multilayer film has high infrared cut function for incident light in the direction perpendicular to the filter surface, but sufficient cut function for angled infrared rays such as oblique incident Is difficult to realize.

吸収型の赤外線カットフィルタは、染料又は銅イオンによる光の吸収を利用して赤外線を吸収する。なお、一般的な吸収型の赤外線カットフィルタは、無機ガラス等の基材に銅イオンなどの金属イオンや有機顔料を入れて構成される。   The absorption type infrared cut filter absorbs infrared rays by utilizing absorption of light by dyes or copper ions. A general absorption-type infrared cut filter is configured by putting a metal ion such as copper ion or an organic pigment in a base material such as inorganic glass.

ここで、反射型の赤外線カットフィルタと吸収型の赤外線カットフィルタとを比較すると、吸収型の赤外線カットフィルタの方が反射型の赤外線カットフィルタよりも安価である。また、上述したように、吸収型の赤外線カットフィルタの方が反射型の赤外線カットフィルタよりも角度のついた入射光の赤外線カット性能がよい。   Here, when comparing the reflection type infrared cut filter and the absorption type infrared cut filter, the absorption type infrared cut filter is less expensive than the reflection type infrared cut filter. Further, as described above, the absorption type infrared cut filter has better infrared cut performance of incident light with an angle than the reflection type infrared cut filter.

このため、一般的に、吸収型の赤外線カットフィルタの方が反射型の赤外線カットフィルタよりも使用される傾向にある。   Therefore, in general, the absorption type infrared cut filter tends to be used more than the reflection type infrared cut filter.

また、無機多層膜による反射型の赤外線カットフィルタのカット機能を補い、赤外線の斜め入射又は再入射の影響を低減させる目的で、赤外線吸収型の赤外線カットフィルタと無機多層膜による反射型の赤外線カットフィルタとが併用される場合がある。   In addition, in order to supplement the cut function of the reflective infrared cut filter by the inorganic multilayer film and reduce the influence of oblique incidence or re-incidence of infrared rays, the reflective infrared cut filter by the infrared absorption type infrared cut filter and the inorganic multilayer film is used. A filter may be used in combination.

しかしながら、赤外線吸収型の赤外線カットフィルタと反射型の赤外線カットフィルタとを併用すると、構造が複雑になるため、赤外線吸収型の赤外線カットフィルタのみを用いることが一般的である。   However, when an infrared absorption type infrared cut filter and a reflection type infrared cut filter are used in combination, the structure becomes complicated. Therefore, it is common to use only an infrared absorption type infrared cut filter.

一般的な撮像素子においては、撮影対象からの光を観測するために、受光素子の光入射側にレンズ等からなる光学系を具備する。上述した赤外線により観測結果が影響を受けることを防止するために、撮像素子の光学系に赤外線カットフィルタを挿入する技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   In general image sensors, an optical system including a lens or the like is provided on the light incident side of the light receiving element in order to observe light from a subject to be photographed. In order to prevent the observation result from being affected by the infrared rays described above, a technique of inserting an infrared cut filter into the optical system of the image sensor has been proposed (for example, see Patent Literature 1 and Patent Literature 2).

特許文献1では、赤色光と緑色光との境界および/または緑色光と青色光との境界における特定の波長域の光を選択的にカットすることによって色純度を補正する機能を有し、さらに赤外線をカットする機能を有する色純度補正フィルタを具備する固体撮像素子について説明されている。   Patent Document 1 has a function of correcting color purity by selectively cutting light in a specific wavelength region at a boundary between red light and green light and / or a boundary between green light and blue light, and A solid-state imaging device including a color purity correction filter having a function of cutting infrared rays is described.

また、特許文献2では、赤外光域の透過率を大幅に減少させ可視光波長域の光を透過させる赤外線吸収剤が配合されて赤外カット能力が付与され、撮像素子本体前面に分光フィルタが配設されているカラー撮像素子について説明されている。   Further, in Patent Document 2, an infrared absorber capable of significantly reducing the transmittance in the infrared light region and transmitting the light in the visible light wavelength region is added to provide an infrared cut capability, and a spectral filter is provided on the front surface of the image sensor body. A color image pickup device in which is arranged is described.

上述したように、この特許文献1及び特許文献2では、CMOSやCCDなどのような受光素子の全体を覆う形で、赤外線カットフィルタが光学系に挿入されている。
特開2000−19322号 特開昭63−73204号公報
As described above, in Patent Documents 1 and 2, the infrared cut filter is inserted into the optical system so as to cover the entire light receiving element such as a CMOS or CCD.
JP 2000-19322 A JP-A-63-73204

吸収型の赤外線カットフィルタにおいては、赤外線の吸収性を充分に持たせるために、厚みが1〜3mm程度となる。吸収型の赤外線カットフィルタを撮像素子に用いる場合、この吸収型の赤外線カットフィルタの厚みのため、光学系を含めた撮像素子の小型化は困難である。   The absorption type infrared cut filter has a thickness of about 1 to 3 mm in order to provide sufficient absorption of infrared rays. When an absorption type infrared cut filter is used for an image sensor, it is difficult to reduce the size of the image sensor including the optical system because of the thickness of the absorption type infrared cut filter.

また、吸収型の赤外線カットフィルタを用いる場合、カメラ部材として、レンズ系に赤外線カットフィルタを組み込む工程が必要となり、製造コスト削減が困難となる。   In addition, when an absorption type infrared cut filter is used, a process for incorporating the infrared cut filter into the lens system as a camera member is required, which makes it difficult to reduce manufacturing costs.

上記特許文献1及び特許文献2の撮像素子は、撮像素子本体の前面全体を覆う赤外線カットフィルタを備える。このため、撮像素子に備えられている全ての受光素子に対して赤外線がカットされ、受光素子による観測と人間の視覚感度とで差が生じる場合がある。   The image sensors of Patent Document 1 and Patent Document 2 include an infrared cut filter that covers the entire front surface of the image sensor body. For this reason, infrared rays are cut for all the light receiving elements provided in the image sensor, and there may be a difference between observation by the light receiving element and human visual sensitivity.

例えば、特許文献2では、この特許文献2の図2及び図10に示すように、赤外線カットフィルタが人間の可視光波長域550nm〜700nmの光も吸収してしまう。このため、撮像素子に備えられている全ての受光素子に対して赤外線をカットすると、緑の感度、特に赤の感度が低下する場合がある。   For example, in Patent Document 2, as shown in FIG. 2 and FIG. 10 of Patent Document 2, the infrared cut filter absorbs light having a human visible light wavelength range of 550 nm to 700 nm. For this reason, if infrared rays are cut with respect to all the light receiving elements provided in the image sensor, the sensitivity of green, particularly the sensitivity of red may be lowered.

近年、撮像素子については、多画素化の要求が高まっており、画素の微細化が進んでいる。そのため、画素ピッチ(画素間の距離)は3μmを切り、2μm前後になりつつある。   In recent years, demands for increasing the number of pixels have been increasing for image sensors, and the miniaturization of pixels has progressed. For this reason, the pixel pitch (distance between pixels) is about 3 μm, and is becoming around 2 μm.

画素ピッチが2μm近傍の微細画素になると、一画素当たりの面積が小さくなるため受光素子に入射する光の量が減少し、受光素子の感度が低下し、画質が低下する(暗い画像となる)場合がある。   When the pixel pitch becomes a fine pixel near 2 μm, the area per pixel is reduced, so the amount of light incident on the light receiving element is reduced, the sensitivity of the light receiving element is lowered, and the image quality is lowered (a dark image is formed). There is a case.

前述のように、観測対象から来た光を色分離するために、受光素子の光入射側には、赤、緑、青の3原色のカラーフィルタが配設されている。   As described above, in order to color-separate the light coming from the observation target, the color filters of the three primary colors of red, green, and blue are arranged on the light incident side of the light receiving element.

図23は、赤、緑、青の3原色のカラーフィルタの分光透過率の一例を示すグラフである。この図23のグラフに示すように、青、緑の透過率の頂点部は80%前後の値となっている。カラーフィルタの透過率が低いと、その分、受光素子に到達する光量が減ることになり、画質の低下(暗い画像)を進めることになる。   FIG. 23 is a graph showing an example of the spectral transmittance of the color filters of the three primary colors of red, green, and blue. As shown in the graph of FIG. 23, the peak portions of the blue and green transmittances are about 80%. If the transmittance of the color filter is low, the amount of light reaching the light receiving element is reduced accordingly, and the deterioration of image quality (dark image) is promoted.

上記図21に示すCMOSやCCDなどの受光素子の分光感度(SPD感度)において、受光素子は、光の波長でおよそ400nm〜1000nmの広い感度領域を持っている。しかし、上記図21に示すように、受光素子は、赤の波長域(700nm)付近で高い感度を有するが、短波長域に行くにつれ感度が低下している。青の波長域(400nm〜500nm)付近では、赤の半分程度の感度となる。   In the spectral sensitivity (SPD sensitivity) of a light receiving element such as a CMOS or CCD shown in FIG. 21, the light receiving element has a wide sensitivity region of approximately 400 nm to 1000 nm in terms of the wavelength of light. However, as shown in FIG. 21 described above, the light receiving element has high sensitivity in the vicinity of the red wavelength range (700 nm), but the sensitivity decreases as it goes to the short wavelength range. In the vicinity of the blue wavelength range (400 nm to 500 nm), the sensitivity is about half that of red.

上記図23の赤、緑、青のカラーフィルタの分光透過率を示すグラフでは、青のカラーフィルタの透過率は、緑、赤のカラーフィルタの透過率より低くなっている。   In the graph showing the spectral transmittance of the red, green, and blue color filters in FIG. 23, the transmittance of the blue color filter is lower than the transmittance of the green and red color filters.

以上の観点から、赤、緑、青の3原色のカラーフィルタを有する撮像素子では、青領域において受光素子の感度が低く、かつ、赤や緑のカラーフィルタの透過率よりも、青のカラーフィルタの透過率の方が低いことが分かる。このため、従来の撮像素子では、緑、赤よりも青の感度が低くなり、色全体として見た場合の色バランスを厳密に再現することが困難となる。   In view of the above, in an image pickup device having three primary color filters of red, green, and blue, the sensitivity of the light receiving device is low in the blue region, and the blue color filter is lower than the transmittance of the red and green color filters. It can be seen that the transmittance is lower. For this reason, in the conventional imaging device, the sensitivity of blue is lower than that of green and red, and it is difficult to accurately reproduce the color balance when viewed as the whole color.

また、上記図22の吸収型の赤外線カットフィルタの分光透過率に示すように、吸収型の赤外線カットフィルタは、およそ550nm〜700nmの可視光波長域においても光を吸収する領域を持つ。すなわち、吸収型の赤外線カットフィルタの透過率は、550nm〜700nmの可視光波長域で徐々に低くなる。この550nm〜700nmの可視光波長域は、緑、赤の光域に相当する。したがって、吸収型の赤外線カットフィルタを撮像素子に用いた場合、特に、赤の感度が低下するという問題がある。すなわち、吸収型の赤外線カットフィルタにより赤外線のカットを行う撮像素子では、青のみではなく赤の色再現性も損なわれる場合がある。   Further, as shown in the spectral transmittance of the absorption-type infrared cut filter in FIG. 22, the absorption-type infrared cut filter has a region that absorbs light even in a visible light wavelength region of approximately 550 nm to 700 nm. That is, the transmittance of the absorption infrared cut filter gradually decreases in the visible light wavelength region of 550 nm to 700 nm. This visible light wavelength region of 550 nm to 700 nm corresponds to the green and red light regions. Therefore, when the absorption type infrared cut filter is used for the image sensor, there is a problem that the sensitivity of red is lowered. That is, in an imaging device that cuts infrared rays with an absorption-type infrared cut filter, not only blue but also red color reproducibility may be impaired.

従来より、受光素子への光量の低下に対応するため、黄(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)からなる補色系のカラーフィルタを用いる技術が提案されている。   Conventionally, a technique using a complementary color filter composed of yellow (Y), magenta (M), and cyan (C) has been proposed to cope with a decrease in the amount of light to the light receiving element.

黄(Y)のカラーフィルタを用いることで、赤と緑との合成光を取り出すことができる。マゼンタ(M)のカラーフィルタを用いることで、赤と青との合成光を取り出すことができる。シアン(C)のカラーフィルタを用いることで、緑と青との合成光を取り出すことができる。   By using a yellow (Y) color filter, the combined light of red and green can be extracted. By using a magenta (M) color filter, the combined light of red and blue can be extracted. By using a cyan (C) color filter, combined light of green and blue can be extracted.

補色系のカラーフィルタは、各々2色ずつの光を透過するため、透過率が高くなる。   Each of the complementary color filters transmits two colors of light, so that the transmittance is high.

しかし、黄、マゼンタ、シアンの補色系のカラーフィルタを透過した光から青、緑、赤の3原色の光を取り出すには、例えば青=(シアン+マゼンタ−黄)/2、緑=(シアン+黄−マゼンタ)/2、赤=(マゼンタ+黄−シアン)/2などのように、補色系のカラーフィルタを経由し、受光素子で観測された各値から赤、緑、青の3原色に相当する値を算出するための煩雑な計算を行う必要があるため、原色に近い鮮やかな色を表現することが困難な場合がある。   However, in order to extract light of the three primary colors of blue, green, and red from light that has passed through complementary color filters of yellow, magenta, and cyan, for example, blue = (cyan + magenta-yellow) / 2, green = (cyan + Yellow-Magenta) / 2, Red = (Magenta + Yellow-Cyan) / 2, etc. The three primary colors of red, green, and blue from each value observed by the light receiving element through a complementary color filter Since it is necessary to perform a complicated calculation for calculating a value corresponding to, it may be difficult to express a vivid color close to the primary color.

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、色バランスと色再現性とがよく、薄い撮像素子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 of the present invention is to provide a thin image sensor with good color balance and color reproducibility.

本発明を実現するにあたって講じた具体的手段について以下に説明する。   Specific means taken for realizing the present invention will be described below.

本発明の例の撮像素子は、入射光のうち特定の色成分の抽出に用いられるフィルタと、入射光をフィルタ経由で観測する受光素子とを具備し、フィルタは、透明フィルタと、黄成分の抽出に用いられる黄フィルタと、赤成分の抽出に用いられる赤フィルタと、可視光波長域において透過抑制特性を有し、可視光波長域より長波長側において透過特性を有する補正フィルタとを含む。   An image sensor according to an example of the present invention includes a filter used to extract a specific color component of incident light, and a light receiving element that observes the incident light via the filter. The filter includes a transparent filter and a yellow component. A yellow filter used for extraction; a red filter used for extraction of a red component; and a correction filter having transmission suppression characteristics in the visible light wavelength region and having transmission characteristics on the longer wavelength side than the visible light wavelength region.

なお、本発明の例の撮像素子において、受光素子は、入射光を透明フィルタ経由で観測する入射光受光素子と、入射光を黄フィルタ経由で観測する黄受光素子と、入射光を赤フィルタ経由で観測する赤受光素子と、入射光を補正フィルタ経由で観測する補正受光素子とを含むとしてもよい。   In the imaging device of the example of the present invention, the light receiving element includes an incident light receiving element that observes incident light via a transparent filter, a yellow light receiving element that observes incident light via a yellow filter, and an incident light via a red filter. And a red light receiving element for observing incident light via a correction filter.

本発明の例の撮像素子は、入射光受光素子で観測された観測結果から、黄受光素子で観測された観測結果を引き算し、青の観測結果を求める演算手段と、黄受光素子で観測された観測結果から、赤受光素子で観測された観測結果を引き算し、緑の観測結果を求める演算手段と、赤受光素子で観測された観測結果から、補正受光素子で観測された観測結果を引き算し、補正された赤の観測結果を求める演算手段とをさらに具備するとしてもよい。   The imaging device of the example of the present invention is obtained by subtracting the observation result observed with the yellow light receiving element from the observation result observed with the incident light receiving element, and calculating means for obtaining the blue observation result, and the yellow light receiving element. Subtracts the observation result observed with the red light receiving element from the observation result obtained by subtracting the observation result observed with the correction light receiving element from the calculation means for obtaining the green observation result and the observation result observed with the red light receiving element. And an arithmetic means for obtaining a corrected red observation result.

本発明の例の撮像素子は、黄フィルタと赤フィルタと補正フィルタとを被覆する透明平坦化層をさらに具備し、透明フィルタは透明平坦化層により形成されるとしてもよい。
本発明の例の撮像素子は、受光素子に光を集光するためのマイクロレンズをさらに具備し、マイクロレンズは、透明平坦化層により形成されるとしてもよい。
The image sensor of the example of the present invention may further include a transparent flattening layer that covers the yellow filter, the red filter, and the correction filter, and the transparent filter may be formed of the transparent flattening layer.
The imaging element of the example of the present invention may further include a microlens for condensing light on the light receiving element, and the microlens may be formed of a transparent planarization layer.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタは、可視光波長域より長波長側で赤フィルタとほぼ同レベル(同一又は近似)の透過特性を持つとしてもよい。   In the image pickup device of the example of the present invention, the correction filter may have transmission characteristics at substantially the same level (same or approximate) as the red filter on the longer wavelength side than the visible light wavelength range.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタの光透過率と赤フィルタの光透過率との差は、およそ光の波長400nm〜550nmの領域、及び750nmより長波長域において、およそ5%の範囲内であり、補正フィルタは、およそ光の波長630nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有するとしてもよい。   In the image pickup device of the example of the present invention, the difference between the light transmittance of the correction filter and the light transmittance of the red filter is in the range of approximately 5% in the light wavelength range of 400 nm to 550 nm and in the wavelength range longer than 750 nm. The correction filter may have a point at which the light transmittance is 50% in a region where the wavelength of light is approximately 630 nm to 750 nm.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタは、複数色の光学的重畳により形成されるとしてもよい。   In the image sensor of the example of the present invention, the correction filter may be formed by optical superimposition of a plurality of colors.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタは、バイオレットと赤の2色の光学的重畳により形成されるとしてもよい。   In the image sensor of the example of the present invention, the correction filter may be formed by optical superimposition of two colors of violet and red.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタは、シアンと赤の2色の光学的重畳により形成されるとしてもよい。   In the image sensor of the example of the present invention, the correction filter may be formed by optical superimposition of two colors of cyan and red.

本発明の例の撮像素子において、補正フィルタは、複数のフィルタを積層して形成されるとしてもよい。   In the imaging device of the example of the present invention, the correction filter may be formed by stacking a plurality of filters.

本発明の例の撮像素子は、透明フィルタと、黄フィルタと、赤フィルタと、補正フィルタとを、マス目状に隣接配列して面を形成し、色分離の一単位を形成するとしてもよい。   The image pickup device of the example of the present invention may be configured such that a transparent filter, a yellow filter, a red filter, and a correction filter are adjacently arranged in a grid pattern to form a surface and form a unit of color separation. .

本発明の例の撮像素子において、透明フィルタは、可視光波長域より短波長側の波長域の光を吸収する紫外線吸収機能を持つとしてもよい。   In the imaging device of the example of the present invention, the transparent filter may have an ultraviolet absorption function for absorbing light in a wavelength region shorter than the visible light wavelength region.

本発明の例の撮像素子は、入射光のうち受光素子に入射する光を除く他の光の反射及び透過を抑制するための遮光膜をさらに具備するとしてもよい。   The imaging device of the example of the present invention may further include a light shielding film for suppressing reflection and transmission of light other than incident light that is incident on the light receiving device.

この場合、本発明の例の撮像素子は、受光素子を配置する基板を具備し、遮光膜は、基板の入射光の入射側であり、受光素子に入射光を入射させる領域を除く他の領域に設けられるとしてもよい。   In this case, the imaging device of the example of the present invention includes a substrate on which the light receiving element is arranged, and the light shielding film is on the incident light incident side of the substrate, and other regions except for a region where incident light is incident on the light receiving device May be provided.

また、本発明の例の撮像素子は、遮光膜として、補正フィルタを用いるとしてもよい。   The image sensor of the example of the present invention may use a correction filter as the light shielding film.

本発明の例の撮像素子は、遮光膜に対して近赤外線吸収機能と紫外線吸収機能とのうちの少なくとも一方を持つ膜を積層しているとしてもよい。   The imaging device of the example of the present invention may be formed by laminating a film having at least one of a near infrared absorption function and an ultraviolet absorption function on the light shielding film.

本発明の例の撮像素子は、それぞれ光透過率が異なる波長で立ち上がる特性を持ち、立ち上がり部の波長より短波長側の光について透過抑制特性を持ち、立ち上がり部の波長より長波長側の光について透過特性を持つ複数のフィルタと、複数のフィルタのそれぞれに対応し、複数のフィルタ経由で入射光を受光する複数の光電変換素子と、複数のフィルタ経由で観測された複数の光電変換素子の観測データ値のうち、任意の2つのフィルタ経由で観測された観測データ値に基づいて引き算処理を実行し、任意の2つのフィルタのペアに対応する波長域の光の観測データ値を求める演算手段とを具備する。
また、本発明の例の撮像素子において、複数のフィルタは、透明フィルタを含み、複数のフィルタのうち透明フィルタを除く他のフィルタを被覆する透明平坦化層をさらに具備し、透明フィルタは透明平坦化層により形成されるとしてもよい。
また、本発明の例の撮像素子において、受光素子に光を集光するためのマイクロレンズをさらに具備し、マイクロレンズは、透明平坦化層により形成されるとしてもよい。
また、本発明の例の撮像素子において、複数のフィルタのうち光の透過率が最も長波長側で立ち上がる特性を持つフィルタは、可視光波長域において透過抑制特性を有し、可視光波長域より長波長側において透過特性を有する補正フィルタであるとしてもよい。
また、本発明の例の撮像素子において、複数のフィルタのうち透明フィルタ及び補正フィルタを除く他のフィルタは、およそ光の波長350nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有し、光の波長がおよそ750nmより長波長側の場合に、光透過率が90%以上となるとしてもよい。
The image pickup device of the example of the present invention has a characteristic that the light transmittance rises at different wavelengths, has a transmission suppression characteristic for light on a shorter wavelength side than the rising part wavelength, and has a transmission suppression characteristic for light on a longer wavelength side than the rising part wavelength. A plurality of filters having transmission characteristics, a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each of the plurality of filters and receiving incident light through the plurality of filters, and observation of the plurality of photoelectric conversion elements observed through the plurality of filters Calculating means for performing subtraction processing based on observation data values observed via any two filters among the data values, and obtaining observation data values of light in a wavelength region corresponding to any two filter pairs; It comprises.
In the imaging device of the example of the present invention, the plurality of filters include a transparent filter, and further includes a transparent flattening layer that covers other filters other than the transparent filter, and the transparent filter is transparent flat. It may be formed by a chemical layer.
The image sensor of the example of the present invention may further include a microlens for condensing light on the light receiving element, and the microlens may be formed of a transparent planarization layer.
Further, in the image pickup device of the example of the present invention, the filter having the characteristic that the light transmittance rises on the longest wavelength side among the plurality of filters has a transmission suppression characteristic in the visible light wavelength region, and more than the visible light wavelength region. The correction filter may have a transmission characteristic on the long wavelength side.
Further, in the image pickup device of the example of the present invention, the filters other than the transparent filter and the correction filter among the plurality of filters have a point where the light transmittance is 50% in the region of the light wavelength of about 350 nm to 750 nm. However, when the wavelength of light is longer than about 750 nm, the light transmittance may be 90% or more.

本発明では、青の感度の低下を抑制し、色バランスを向上させることができる。また、本発明では、赤外線カットフィルタを配設した場合に発生する赤の感度低下を抑制し、赤の色再現性を向上させることができる。   In the present invention, a decrease in blue sensitivity can be suppressed and the color balance can be improved. Further, in the present invention, it is possible to suppress red sensitivity reduction that occurs when an infrared cut filter is provided, and to improve red color reproducibility.

本発明では、レンズなどを含む光学系厚みが増すことを防止することができ、撮像素子を小型化させることができる。   In the present invention, it is possible to prevent an increase in the thickness of an optical system including a lens and the like, and to reduce the size of the image sensor.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において同一の要素については同一の符号を付してその説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(第1の実施の形態)
本実施の形態では、CMOSやCCDなどの受光素子を具備し、特に、受光素子の光入射側にフィルタ層を設け、観測対象の色成分を観測する撮像素子について説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, an image sensor that includes a light receiving element such as a CMOS or a CCD and that provides a filter layer on the light incident side of the light receiving element and observes a color component to be observed will be described.

図1は、本実施の形態に係る撮像素子におけるフィルタの配列状態の一例を示す正面図である。この図1では、光入射側からみたフィルタの状態の例が表されている。   FIG. 1 is a front view illustrating an example of an arrangement state of filters in the image sensor according to the present embodiment. In FIG. 1, an example of the state of the filter viewed from the light incident side is shown.

図2は、本実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図である。この図2では、上記図1のI−I断面が表されている。なお、この図2では、受光素子がCMOSの場合を例として図示しているが、受光素子がCCDの場合も同様である。以下、撮像素子の他の断面図においても同様である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the image sensor according to the present embodiment. In FIG. 2, the II cross section of the said FIG. 1 is represented. In FIG. 2, the case where the light receiving element is a CMOS is shown as an example, but the same applies to the case where the light receiving element is a CCD. Hereinafter, the same applies to other cross-sectional views of the imaging device.

本実施の形態に係る撮像素子1は、入射光のうち特定の色成分の抽出に用いられるフィルタ層2と、入射光をフィルタ層2経由で観測する受光素子3W,3Y,3R,3Blkと、演算部4を具備する。   The imaging device 1 according to the present embodiment includes a filter layer 2 used for extracting a specific color component from incident light, light receiving devices 3W, 3Y, 3R, and 3Blk that observe the incident light via the filter layer 2, A calculation unit 4 is provided.

フィルタ層2は、透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを含む。それぞれ一つずつの透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkにより色分離の一単位が形成される。透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkは、マス目状に隣接配列されることにより面を形成する。これにより、透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkが適切に配置される。   The filter layer 2 includes a transparent filter 2W, a yellow filter 2Y, a red filter 2R, and a correction filter 2Blk. One unit of color separation is formed by each one of the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk. The transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk are adjacently arranged in a grid pattern to form a surface. Thereby, the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk are appropriately arranged.

透明フィルタ2Wは、主に400nm以降の長波長の光を吸収することなく、透過することが望ましい。例えば、透明フィルタ2Wとしては、屈折率nが1.5前後の透明ガラスをリファレンスとして、400nm以降の長波長の光の透過率が95%以上のフィルタが望ましい。   The transparent filter 2W is preferably transmitted without absorbing light having a long wavelength of 400 nm or longer. For example, the transparent filter 2W is preferably a filter having a transmittance of 95% or more of light having a long wavelength of 400 nm or more with reference to transparent glass having a refractive index n of about 1.5.

黄フィルタ2Yは、入射光のうち黄成分(赤成分と緑成分が合成された光)の抽出に用いられるフィルタである。この黄フィルタ2Yは、補色系のフィルタである。一般的に、補色系のフィルタは、赤、緑、青の3原色系のカラーフィルタよりも光の透過率が高い。   The yellow filter 2Y is a filter used for extracting a yellow component (light obtained by combining a red component and a green component) from incident light. The yellow filter 2Y is a complementary color filter. In general, a complementary color filter has higher light transmittance than a color filter of three primary colors of red, green, and blue.

赤フィルタ2Rは、入射光のうち赤成分の抽出に用いられる赤のカラーフィルタである。一般的に、赤のカラーフィルタは、3原色系の他のカラーフィルタである青のカラーフィルタ、緑のカラーフィルタよりも透過率が高い。   The red filter 2R is a red color filter used for extracting a red component of incident light. In general, the red color filter has higher transmittance than the blue color filter and the green color filter, which are other color filters of the three primary colors.

補正フィルタ2Blkは、可視光波長域において透過抑制特性を有し、可視光波長域より長波長側において透過特性を有するフィルタであり、赤外域の透過率の方が可視光波長域の透過率よりも高い特性を持つ。補正フィルタ2Blkは、可視光波長域で透過抑制特性(低透過特性)を持つとしているため、目視では黒に見える。   The correction filter 2Blk is a filter that has transmission suppression characteristics in the visible light wavelength range and has transmission characteristics on the longer wavelength side than the visible light wavelength range, and the transmittance in the infrared range is higher than the transmittance in the visible wavelength range. Also has high characteristics. Since the correction filter 2Blk has a transmission suppression characteristic (low transmission characteristic) in the visible light wavelength region, the correction filter 2Blk looks black visually.

本実施の形態において、補正フィルタ2Blkは、バイオレット(V)と赤(R)とを光学的に重畳して形成される。なお、光学的な重畳の具体的な実現方法としては、バイオレットの色材と赤の色材を混合した色材にて一片のフィルタを形成してもよく、バイオレットのフィルタと赤のフィルタとを積層してもよい。   In the present embodiment, the correction filter 2Blk is formed by optically superimposing violet (V) and red (R). As a specific method for realizing the optical superposition, a single piece of filter may be formed by mixing a violet color material and a red color material, and a violet filter and a red filter may be combined. You may laminate.

受光素子である入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkは、フィルタ層2の光入射側の反対側に配置され、受けた光を電気信号に変換し、観測データ値を求める。   The incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk, which are light receiving elements, are disposed on the opposite side of the light incident side of the filter layer 2, and convert the received light into an electrical signal, Obtain observation data values.

入射光受光素子3Wは、透明フィルタ2Wに対応付けされており、入射光を透明フィルタ2W経由で観測する。   The incident light receiving element 3W is associated with the transparent filter 2W, and observes incident light via the transparent filter 2W.

黄受光素子3Yは、黄フィルタ2Yに対応付けされており、入射光を黄フィルタ2Y経由で観測する。   The yellow light receiving element 3Y is associated with the yellow filter 2Y and observes incident light via the yellow filter 2Y.

赤受光素子3Rは、赤フィルタ2Rに対応付けされており、入射光を赤フィルタ2R経由で観測する。   The red light receiving element 3R is associated with the red filter 2R and observes incident light via the red filter 2R.

補正受光素子3Blkは、補正フィルタ2Blkに対応付けされており、入射光を補正フィルタ2Blk経由で観測する。   The correction light receiving element 3Blk is associated with the correction filter 2Blk, and observes incident light via the correction filter 2Blk.

受光素子とフィルタとの一対一の組み合わせが、画素に相当する。   A one-to-one combination of a light receiving element and a filter corresponds to a pixel.

演算部4は、青演算部4B、緑演算部4G、赤演算部4Rを具備する。この演算部4は、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkによる観測データ値Dw,Dy,Dr,Dblkに基づいて、青の観測データ値Db、緑の観測データ値Dg、補正された赤の観測データ値HDrを求める機能を持つ。   The computing unit 4 includes a blue computing unit 4B, a green computing unit 4G, and a red computing unit 4R. This calculation unit 4 is based on the observation data values Dw, Dy, Dr, Dblk from the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk, and the blue observation data value Db, green It has a function of obtaining the observation data value Dg and the corrected red observation data value HDr.

青演算部4Bは、入射光受光素子3Wで観測された観測データ値Dwから、黄受光素子3Yで観測された観測データ値Dyを引き算し、青の観測データ値Db(=Dw−Dy)を求める。   The blue calculation unit 4B subtracts the observation data value Dy observed by the yellow light receiving element 3Y from the observation data value Dw observed by the incident light receiving element 3W, and obtains the blue observation data value Db (= Dw−Dy). Ask.

緑演算部4Gは、黄受光素子3Yで観測された観測データ値Dyから、赤受光素子3Rで観測された観測データ値Drを引き算し、緑の観測データ値Dg(=Dy−Dr)を求める。   The green calculation unit 4G subtracts the observation data value Dr observed by the red light receiving element 3R from the observation data value Dy observed by the yellow light receiving element 3Y to obtain a green observation data value Dg (= Dy−Dr). .

赤演算部4Rは、赤受光素子3Rで観測された観測データ値Drから、補正受光素子3Blkで観測された観測データ値Dblkを引き算し、補正された赤の観測データ値HDr(=Dr−Dblk)を求める。   The red calculation unit 4R subtracts the observation data value Dblk observed by the corrected light receiving element 3Blk from the observation data value Dr observed by the red light receiving element 3R, and corrects the corrected red observation data value HDr (= Dr−Dblk). )

なお、上記図2では、赤フィルタ2Rと補正フィルタ2Blkとを横断するとともに、赤受光素子3Rと補正受光素子3Blkとを横断する断面が表されている。しかしながら、他のフィルタ、他の受光素子を横断する断面についても同様の構成とする。   2 shows a cross section that crosses the red filter 2R and the correction filter 2Blk and also crosses the red light receiving element 3R and the correction light receiving element 3Blk. However, the same configuration is applied to a cross section crossing another filter and another light receiving element.

半導体基板5の光入射側には、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkが形成・配設される。   On the light incident side of the semiconductor substrate 5, an incident light receiving element 3W, a yellow light receiving element 3Y, a red light receiving element 3R, and a correction light receiving element 3Blk are formed and arranged.

入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkの形成された半導体基板5の光入射側の面には、平坦化層6が積層される。これにより、透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを平坦な設置面に形成できる。なお、撮像素子1を薄くするために、平滑化層6は、省略されてもよい。   A planarizing layer 6 is laminated on the light incident side surface of the semiconductor substrate 5 on which the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk are formed. Thereby, the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk can be formed on a flat installation surface. Note that the smoothing layer 6 may be omitted in order to make the imaging device 1 thin.

平坦化層6の光入射側には、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkにそれぞれ対応する透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkが配置され、フィルタ層2が形成される。   On the light incident side of the flattening layer 6, there are a transparent filter 2W, a yellow filter 2Y, a red filter 2R, and a correction filter 2Blk corresponding to the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk, respectively. Are arranged, and the filter layer 2 is formed.

フィルタ層2の光入射側には、樹脂層(透明平滑化層)7が積層される。   A resin layer (transparent smoothing layer) 7 is laminated on the light incident side of the filter layer 2.

樹脂層7の光入射側には、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkに対応するマイクロレンズ8が備えられる。マイクロレンズ8は、各透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkと対をなすように、各透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkの上方に配置されている。マイクロレンズ8は、アクリル樹脂などにより形成され、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkへの集光性を高める。   On the light incident side of the resin layer 7, a microlens 8 corresponding to the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk is provided. The microlens 8 is disposed above each transparent filter 2W, yellow filter 2Y, red filter 2R, and correction filter 2Blk so as to make a pair with each transparent filter 2W, yellow filter 2Y, red filter 2R, and correction filter 2Blk. Yes. The microlens 8 is formed of an acrylic resin or the like, and improves the light condensing property to the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk.

なお、上述したように、上記図2においては、赤の顔料とバイオレットの顔料とを透明樹脂に混合した単層の補正フィルタ2Blkを用いている。しかしながら、補正フィルタ2Blkは、上記図2に示す構造に限らず光学的重畳で実現されていればよい。ここでいう光学的重畳は、この図2のように異なる複数の色のカラーフィルタを構成する色材(顔料、色素)を混合した着色樹脂により単層で実現されるとしてもよく、図3に示すように、2色以上の異なる色のカラーフィルタの積層構造により実現してもよい。また、色や透過率調整のために、2色以上の色材を用いるとしてもよい。   As described above, in FIG. 2, the single-layer correction filter 2Blk in which a red pigment and a violet pigment are mixed in a transparent resin is used. However, the correction filter 2Blk is not limited to the structure shown in FIG. 2 and may be realized by optical superposition. The optical superposition here may be realized in a single layer by a colored resin in which color materials (pigments, pigments) constituting color filters of different colors as shown in FIG. 2 are mixed. As shown, it may be realized by a laminated structure of color filters of two or more different colors. Further, two or more color materials may be used for color and transmittance adjustment.

このように、2色以上のカラーフィルタを光学的に重畳することにより、補正フィルタ2Blkの透過率は、重畳されることになる各カラーフィルタの透過率の積となる。したがって、本実施の形態のように、補正フィルタ2Blkを光学的な重畳によって形成することで、可視光波長域において透過抑制特性を持ち、可視光波長域より長波長側において透過特性を持つ補正フィルタ2Blkを作成することができる。   Thus, by optically superimposing two or more color filters, the transmittance of the correction filter 2Blk is the product of the transmittances of the respective color filters to be superimposed. Therefore, as in the present embodiment, by forming the correction filter 2Blk by optical superposition, the correction filter has transmission suppression characteristics in the visible light wavelength range and transmission characteristics on the longer wavelength side than the visible light wavelength range. 2Blk can be created.

図3では、2種以上のフィルタとして、バイオレットのフィルタ2Vと赤フィルタ2Rとを積層して補正フィルタ2Blkが構成されている。   In FIG. 3, a correction filter 2Blk is configured by stacking a violet filter 2V and a red filter 2R as two or more types of filters.

本実施の形態において、各フィルタの膜厚は、それぞれ1.4μm、画素ピッチ(透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkのピッチ)は2.6μmとした。   In the present embodiment, the thickness of each filter is 1.4 μm, and the pixel pitch (the pitch of the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk) is 2.6 μm.

平坦化層6は、紫外線吸収剤を添加した熱硬化型のアクリル樹脂によって形成され、膜厚は、0.3μmとした。ここで、平坦化層6に対して紫外線吸収剤が添加されるとしたのは、感光性樹脂層へのパターン露光、アルカリ液を用いた現像という公知のフォトリソグラフィー法によりカラーフィルタを形成する際に、下地となる半導体基板5からのハレーションを防止することにより、形状のよいフィルタを形成するためである。   The flattening layer 6 is formed of a thermosetting acrylic resin to which an ultraviolet absorber is added, and the film thickness is 0.3 μm. Here, the UV absorber is added to the planarizing layer 6 when a color filter is formed by a known photolithography method such as pattern exposure to the photosensitive resin layer and development using an alkaline solution. In addition, it is to form a filter having a good shape by preventing halation from the semiconductor substrate 5 as a base.

なお、本実施の形態では、平坦化層6を形成するとしているが、撮像素子をさらに薄くすることを目的として、平坦化層6を省略するとしてもよい。   In the present embodiment, the planarization layer 6 is formed. However, the planarization layer 6 may be omitted for the purpose of further thinning the imaging element.

本実施の形態において、透明フィルタ2Wは、アルカリ可溶型の感光性アクリル樹脂(屈折率n=1.55)にて、膜厚約1μmで形成されている。   In the present embodiment, the transparent filter 2W is formed of an alkali-soluble photosensitive acrylic resin (refractive index n = 1.55) with a film thickness of about 1 μm.

黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkは、透明樹脂に色材(顔料、色素)を添付した着色感光性樹脂溶液を用いて形成される。なお、透明フィルタ2Wは、着色物を添加しない透明樹脂で形成されるとしてもよい。   The yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk are formed using a colored photosensitive resin solution in which a color material (pigment, pigment) is attached to a transparent resin. Note that the transparent filter 2W may be formed of a transparent resin to which no coloring matter is added.

本実施の形態において、色フィルタである黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkは、透明フィルタ2Wの形成に用いられた透明樹脂(感光性アクリル樹脂)に、所定の有機顔料を添加、分散させた着色感光性樹脂で形成される。   In the present embodiment, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk, which are color filters, add and disperse a predetermined organic pigment to the transparent resin (photosensitive acrylic resin) used to form the transparent filter 2W. It is made of colored photosensitive resin.

なお、例えば、黄フィルタ2Yの形成に用いられる有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Yellow 150が用いられる。あるいは、C.I.Pigment Yellow 150にC.I.Pigment Yellow 139を混合した混合顔料を用いてもよい。   For example, as the organic pigment used for forming the yellow filter 2Y, for example, C.I. Pigment Yellow 150 is used. Alternatively, a mixed pigment in which C.I. Pigment Yellow 150 is mixed with C.I. Pigment Yellow 139 may be used.

赤フィルタ2Rの形成に用いられる有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Red 177と、C.I.Pigment Red 48:1と、C.I.Pigment Yellow 139との混合が用いられる。   As the organic pigment used for forming the red filter 2R, for example, a mixture of C.I. Pigment Red 177, C.I. Pigment Red 48: 1, and C.I. Pigment Yellow 139 is used.

補正フィルタ2Blkの形成に用いられる有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Violet 23と、赤フィルタ2Rに用いた有機顔料(例えば、C.I.Pigment Red 177と、C.I.Pigment Red 48:1と、C.I.Pigment Yellow 139との混合)との混合が用いられる。   Examples of the organic pigment used for forming the correction filter 2Blk include CIPigment Violet 23, and organic pigments used for the red filter 2R (for example, CIPigment Red 177, CIPigment Red 48: 1, and CIPigment Yellow 139 Is used.

図4は、透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkについての分光透過率の一例を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing an example of the spectral transmittance for the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk.

撮像素子1は、各受光素子による観測データ値Dw,Dy,Dr,Dblkに基づいて演算(引き算)を行い、青、緑、補正された赤の3原色の観測データ値Db,Dg,HDrを得る。   The imaging device 1 performs an operation (subtraction) based on the observation data values Dw, Dy, Dr, and Dblk by the respective light receiving elements, and obtains the observation data values Db, Dg, and HDr of the three primary colors of blue, green, and corrected red. obtain.

すなわち、撮像素子1は、この演算を行うことにより、見かけ上(仮想的に)、青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタを具備していると考えることができる。   That is, it can be considered that the imaging device 1 includes a blue filter, a green filter, and a red filter in appearance (virtually) by performing this calculation.

図5は、撮像素子1の演算によって得られる見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタについての分光透過率の一例を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph illustrating an example of the spectral transmittance of the apparent blue filter, green filter, and red filter obtained by the calculation of the image sensor 1.

この図5に示す撮像素子1の見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの分光透過率と、上記図23に示す従来の青のカラーフィルタ、緑のカラーフィルタ、赤のカラーフィルタの分光透過率とを比較すると、撮像素子1の見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの分光透過率には以下の特徴がある。   The apparent blue filter, green filter, and red filter of the imaging device 1 shown in FIG. 5 and the spectral transmittance of the conventional blue color filter, green color filter, and red color filter shown in FIG. In comparison with the rate, the spectral transmittance of the apparent blue filter, green filter, and red filter of the image sensor 1 has the following characteristics.

すなわち、撮像素子1の見かけ上の青フィルタ、緑フィルタの透過率は、それぞれの色の波長域において、従来の青のカラーフィルタ、緑のカラーフィルタよりも透過率が高いという特徴を持つ
特に、見かけ上の青フィルタの透過率は、青の波長域において、従来の青のカラーフィルタより透過率が高くなる。このため、撮像素子1では、青の感度が向上し、色バランスが改善される。
That is, the transmittance of the apparent blue filter and the green filter of the image sensor 1 has a characteristic that the transmittance is higher than that of the conventional blue color filter and the green color filter in the wavelength range of each color. The apparent transmittance of the blue filter is higher than that of the conventional blue color filter in the blue wavelength region. For this reason, in the imaging device 1, the sensitivity of blue is improved and the color balance is improved.

また、撮像素子1により得られる青の観測データ値Db、緑の観測データ値Dg、補正された赤の観測データ値HDrは、それぞれ赤外域における観測データ値が引かれて算出される。このため、見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ及び赤フィルタにおける分光透過率の曲線は、従来の青のカラーフィルタ、緑のカラーフィルタ、赤のカラーフィルタの分光透過率の曲線において、赤外域が抑制(カット)された状態となる。   The blue observation data value Db, the green observation data value Dg, and the corrected red observation data value HDr obtained by the image sensor 1 are calculated by subtracting the observation data values in the infrared region. For this reason, the spectral transmittance curves of the apparent blue filter, green filter, and red filter are suppressed in the infrared region in the spectral transmittance curves of the conventional blue color filter, green color filter, and red color filter. (Cut).

したがって、本実施の形態に係る撮像素子1においては、赤外線カットフィルタを省略でき、薄くすることができる。また、吸収型の赤外線カットフィルタを配設した場合に生じる赤の感度低下を防止することができ、赤の色再現性を向上させることができる。   Therefore, in the image sensor 1 according to the present embodiment, the infrared cut filter can be omitted and can be thinned. In addition, it is possible to prevent a reduction in red sensitivity that occurs when an absorption type infrared cut filter is provided, and it is possible to improve red color reproducibility.

以下で本実施の形態に係る撮像素子1と従来の撮像素子とを比較して説明する。   Hereinafter, the imaging device 1 according to the present embodiment and a conventional imaging device will be described in comparison.

図6は、従来の撮像素子の実際の分光特性の例を示すグラフである。従来の撮像素子の分光特性は、受光素子の感度と、この受光素子の光入射側に配置されているフィルタの透過率とを掛け合わせた積の値と等価と考えられる。   FIG. 6 is a graph showing an example of actual spectral characteristics of a conventional image sensor. The spectral characteristics of a conventional image sensor are considered to be equivalent to a product value obtained by multiplying the sensitivity of the light receiving element and the transmittance of a filter disposed on the light incident side of the light receiving element.

この図6に示すように、従来の撮像素子における青のカラーフィルタは、透過率が他の緑及び赤のカラーフィルタよりも低く、また、青の波長域における受光素子の感度は他の緑及び赤の波長域における感度よりも低い。このため、従来の撮像素子において、感度比で、青/緑は赤/緑より小さくなりすぎ、色再現性が低下するという問題がある。   As shown in FIG. 6, the blue color filter in the conventional image sensor has a lower transmittance than the other green and red color filters, and the sensitivity of the light receiving element in the blue wavelength region is the other green and red. Lower than the sensitivity in the red wavelength range. For this reason, in the conventional image sensor, there is a problem that blue / green is too smaller than red / green in the sensitivity ratio, and color reproducibility is lowered.

これに対して、本実施の形態における撮像素子1は、3原色である青、緑、赤のカラーフィルタに代えて、透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを備えている。   On the other hand, the image sensor 1 in the present embodiment includes a transparent filter 2W, a yellow filter 2Y, a red filter 2R, and a correction filter 2Blk instead of the three primary colors blue, green, and red color filters. .

このため、本実施の形態における撮像素子1の分光特性は、受光素子の感度と、この受光素子の光入射側に配置されている透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkの透過率とを掛け合わせた積の値と等価と考えられる。   For this reason, the spectral characteristics of the image sensor 1 in the present embodiment are the sensitivity of the light receiving element and the transparent filter 2W, yellow filter 2Y, red filter 2R, and correction filter 2Blk arranged on the light incident side of the light receiving element. It is considered equivalent to the product value multiplied by the transmittance.

透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2Rの透過率は、青のカラーフィルタや緑のカラーフィルタよりも高い。したがって、この透明フィルタ2W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blk経由で入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkにより観測された観測データ値Dw,Dy,Dr,Dblkに基づいて算出された観測データ値Db,Dg,HDrは、高い透過率により得られた観測結果といえる。   The transmittances of the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, and the red filter 2R are higher than those of the blue color filter and the green color filter. Therefore, the observed data values Dw and Dy observed by the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk via the transparent filter 2W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk. , Dr, Dblk, the observed data values Db, Dg, HDr can be said to be observation results obtained with high transmittance.

特に、青の観測データ値Dbについては、高い光強度で観測されたことと同等となり、青/緑の感度比を大きくすることができ、色再現性を向上させることができる。   In particular, the blue observation data value Db is equivalent to that observed at a high light intensity, the blue / green sensitivity ratio can be increased, and the color reproducibility can be improved.

さらに、本実施の形態では、青の観測データ値Db、緑の観測データ値Dg、補正された赤の観測データ値HDrを、引き算という簡単な演算を一回行うのみで求めることができる。したがって、従来の補色系のカラーフィルタを用いた撮像素子よりも演算を簡略化することができ、原色に近い鮮やかな色を表現できる。   Furthermore, in the present embodiment, the blue observation data value Db, the green observation data value Dg, and the corrected red observation data value HDr can be obtained by performing a simple operation of subtraction once. Therefore, the calculation can be simplified as compared with an image pickup device using a conventional complementary color filter, and a vivid color close to the primary color can be expressed.

従来の撮像素子においては、赤外域の光まで受光素子が観測し、観測結果の精度が低下する場合があった。   In the conventional imaging device, the light receiving device observes light in the infrared region, and the accuracy of the observation result may be reduced.

これに対して、本実施の形態では、入射光受光素子3Wの観測データ値Dw、黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Drから、それぞれ黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Dr、補正受光素子3Blkの観測データ値Dblkを引き算するため、各受光素子における赤外域の観測結果が相殺(除去)され、赤外域における観測結果の影響を軽減した青の観測データ値Db、緑の観測データ値Dg、補正された赤の観測データ値HDrを得ることができ、撮像素子の構成から赤外線カットフィルタを削除し、薄型化を図ることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the observation of the yellow light receiving element 3Y from the observation data value Dw of the incident light receiving element 3W, the observation data value Dy of the yellow light receiving element 3Y, and the observation data value Dr of the red light receiving element 3R, respectively. Since the data value Dy, the observation data value Dr of the red light receiving element 3R, and the observation data value Dblk of the corrected light receiving element 3Blk are subtracted, the observation results in the infrared region of each light receiving element are canceled (removed), The blue observation data value Db, the green observation data value Dg, and the corrected red observation data value HDr with reduced influence can be obtained, and the infrared cut filter is eliminated from the configuration of the image pickup device, thereby reducing the thickness. Can do.

上記図6に示すように、受光素子は、光が入射していない場合であっても、僅かに電流を発生させている。このような光が入射していないにもかかわらず受光素子から流れる電流は、暗電流(dark current)と呼ばれ、ノイズの原因となる。従来の赤、緑、青の3原色のカラーフィルタは、分光特性上、所定の波長域の光を透過し、光を遮断する波長域も存在する。しかしながら、受光素子は、光の遮断される波長域についても暗電流を発生させる。このため、従来の撮像素子の観測結果には、光を透過する波長域における光の観測結果に加えて、暗電流によるノイズも含まれており、このノイズにより色再現性が低下する場合がある。   As shown in FIG. 6, the light receiving element generates a slight current even when light is not incident. The current that flows from the light receiving element even though such light is not incident is called a dark current and causes noise. Conventional color filters of the three primary colors of red, green, and blue have a wavelength range that transmits light in a predetermined wavelength range and blocks light in terms of spectral characteristics. However, the light receiving element generates dark current even in a wavelength region where light is blocked. For this reason, the observation result of the conventional image sensor includes noise due to dark current in addition to the observation result of light in the wavelength range where light is transmitted, and this noise may reduce the color reproducibility. .

これに対して、本実施の形態に係る撮像素子1は、上述したように、入射光受光素子3Wの観測データ値Dw、黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Drから、それぞれ黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Dr、補正受光素子3Blkの観測データ値Dblkを引き算するため、暗電流の値が相殺され、観測結果からノイズを除去できる。これにより、色再現性を向上させることができる。   On the other hand, as described above, the imaging device 1 according to the present embodiment has the observation data value Dw of the incident light receiving element 3W, the observation data value Dy of the yellow light receiving element 3Y, and the observation data value of the red light receiving element 3R. Since the observation data value Dy of the yellow light receiving element 3Y, the observation data value Dr of the red light receiving element 3R, and the observation data value Dblk of the correction light receiving element 3Blk are subtracted from Dr, the dark current value is canceled out, and noise is obtained from the observation result. Can be removed. Thereby, color reproducibility can be improved.

上記図6に示すように、従来の赤、緑、青のカラーフィルタの分光透過率において、青、赤のカラーフィルタの分光曲線の裾部の透過率は数%と低いが、緑のカラーフィルタの分光曲線の裾部の透過率は10%程度と高くなっている。このように、裾部の透過率が高いことを分光の浮きが大きいという。   As shown in FIG. 6, the spectral transmittance of the conventional red, green, and blue color filters is as low as several percent at the bottom of the spectral curve of the blue and red color filters. The transmittance at the bottom of the spectral curve is as high as about 10%. Thus, it is said that the float of a spectrum is large that the transmittance | permeability of a skirt part is high.

従来の撮像素子においては、緑のカラーフィルタの分光曲線の裾部が青、赤の波長域に存在し、かつ、緑の裾部の分光は大きいため、緑の観測結果に青、赤が混色することになり、緑の再現性が低下するという問題があった。   In the conventional image sensor, the base of the spectral curve of the green color filter exists in the blue and red wavelength ranges, and the spectrum of the green base is large, so blue and red are mixed in the green observation result. As a result, there is a problem that the reproducibility of green color is lowered.

これに対して、本実施の形態に係る撮像素子1では、上述したように、入射光受光素子3Wの観測データ値Dw、黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Drから、それぞれ黄受光素子3Yの観測データ値Dy、赤受光素子3Rの観測データ値Dr、補正受光素子3Blkの観測データ値Dblkを引き算するため、分光の浮きを小さくすることができ、色再現性を向上させることができる。   On the other hand, in the imaging device 1 according to the present embodiment, as described above, the observation data value Dw of the incident light receiving element 3W, the observation data value Dy of the yellow light receiving element 3Y, and the observation data value of the red light receiving element 3R. Since the observed data value Dy of the yellow light receiving element 3Y, the observed data value Dr of the red light receiving element 3R, and the observed data value Dblk of the corrected light receiving element 3Blk are subtracted from Dr, the float of the spectrum can be reduced, and color reproduction Can be improved.

以下に、補正フィルタ2Blkの分光特性について説明する。   Hereinafter, the spectral characteristics of the correction filter 2Blk will be described.

図7は、補正フィルタ2Blkの分光特性の一例を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing an example of the spectral characteristics of the correction filter 2Blk.

補正フィルタ2Blkの透過率は、可視光波長域より長波長側において、上記図4の赤フィルタ2Rの透過率とほぼ同レベル(同じ又は近似)となる。   The transmittance of the correction filter 2Blk is substantially the same level (same or approximate) as the transmittance of the red filter 2R in FIG. 4 on the longer wavelength side than the visible light wavelength region.

この図7は、バイオレットの顔料(例えば、C.I.Pigment Violet 23)と、上記赤フィルタ2Rの形成に用いられる顔料とを混合分散して膜厚1.4μmのアクリル樹脂膜を用いて形成された補正フィルタ2Blkの分光特性を表している。   FIG. 7 shows a correction formed using an acrylic resin film having a thickness of 1.4 μm by mixing and dispersing a violet pigment (for example, CIPigment Violet 23) and a pigment used for forming the red filter 2R. The spectral characteristics of the filter 2Blk are shown.

なお、補正フィルタ2Blkは、バイオレットに黄フィルタに用いる黄の顔料を混合する組み合わせ、あるいはさらにこれに赤の顔料を添加する組み合わせでもよい。   The correction filter 2Blk may be a combination in which a yellow pigment used for a yellow filter is mixed with violet, or a combination in which a red pigment is further added thereto.

赤受光素子3Rで観測された観測データ値Drから、補正受光素子3Blkで観測された観測データ値Dblkを引き算することにより、赤受光素子3Rで観測された観測データ値Drから赤外域の観測結果を削除することができるため、補正フィルタ2Blkは、赤の観測データ値に対する赤外線カットフィルタとしての役割を果たす。   By subtracting the observation data value Dblk observed by the correction light receiving element 3Blk from the observation data value Dr observed by the red light receiving element 3R, the observation result in the infrared region from the observation data value Dr observed by the red light receiving element 3R Therefore, the correction filter 2Blk serves as an infrared cut filter for the red observation data value.

この図7に示す補正フィルタ2Blkは、上記図22に示す一般的な吸収型の赤外線カットフィルタと異なり、およそ600nm〜650nm付近の透過率(赤外線カットフィルタとしての実効的な透過率)が低いため、演算(引き算)後に得られる赤の演色性をさらに向上させることができる。   The correction filter 2Blk shown in FIG. 7 has a low transmittance around 600 nm to 650 nm (effective transmittance as an infrared cut filter) unlike the general absorption infrared cut filter shown in FIG. The color rendering properties of red obtained after the calculation (subtraction) can be further improved.

本実施の形態では、補正フィルタ2Blkの透過率は、およそ400nm〜550nmの光の波長域及び750nm以降の波長域において、上記図23に示す赤のカラーフィルタの透過率と5%以内の差となるとする。   In the present embodiment, the transmittance of the correction filter 2Blk is a difference within 5% from the transmittance of the red color filter shown in FIG. 23 in the wavelength range of light of about 400 nm to 550 nm and the wavelength range of 750 nm and after. Suppose.

これにより、赤外線や他の色の影響のない補正された赤の観測データ値HDrを得ることができ、赤の色再現性が向上する。   As a result, it is possible to obtain a corrected red observation data value HDr that is not affected by infrared rays or other colors, and the red color reproducibility is improved.

補正フィルタ2Blkの透過率は、400nmから800nmまで波長が変化する場合に、およそ400nm〜630nmまでは低い値を維持するが、その後630nm〜750nmまでの間で急激に立ち上がり、750nmを超えると高い値を維持する。   When the wavelength changes from 400 nm to 800 nm, the transmittance of the correction filter 2Blk maintains a low value from approximately 400 nm to 630 nm, but then rises rapidly from 630 nm to 750 nm, and then increases to a value exceeding 750 nm. To maintain.

従来の吸収型の赤外線カットフィルタにおいて、透過率が半値(50%)となる波長は、およそ630nm付近となる。従来の無機多層膜の赤外線カットフィルタにおいて、透過率が半値となる波長は、およそ700nmである。バイオレットと赤の光学的重畳による補正フィルタ2Blkにおいて、透過率が半値となる波長は、およそ650nm〜660nmの間である。シアンと赤の光学的重畳による補正フィルタ2Blkにおいて、透過率が半値となる波長は、およそ740nm〜750nmの間である。   In the conventional absorption-type infrared cut filter, the wavelength at which the transmittance becomes a half value (50%) is about 630 nm. In the conventional infrared cut filter of an inorganic multilayer film, the wavelength at which the transmittance becomes half value is approximately 700 nm. In the correction filter 2Blk by optical superimposition of violet and red, the wavelength at which the transmittance becomes half value is approximately between 650 nm and 660 nm. In the correction filter 2Blk by the optical superimposition of cyan and red, the wavelength at which the transmittance becomes half value is between about 740 nm and 750 nm.

以上の観点から、補正フィルタ2Blkにおいて、透過値が半値となるポイントPの波長は、630nm〜750nmまでの間の波長域に含まれるとすることが赤の観測データ値の精度を向上させる観点から望ましい。そして、透明フィルタ2Wには紫外線吸収剤が添加されていることが望ましい。   From the above viewpoint, from the viewpoint of improving the accuracy of the red observation data value, the wavelength of the point P at which the transmission value becomes half value in the correction filter 2Blk is included in the wavelength region between 630 nm and 750 nm. desirable. And it is desirable to add the ultraviolet absorber to the transparent filter 2W.

本実施の形態に係る撮像素子1において、補正された赤の観測データ値HDrは、赤の観測データ値Dr−補正用の観測データ値Dblkによって求められる。したがって、補正フィルタ2Blkの光透過率を上記図7のようにすることにより、補正された赤の観測データ値HDrは、赤外線及び他の色の光から影響を受けることを防止することができる。また、赤の感度が高く、赤の色再現性のよい撮像素子1を得ることができる。   In the imaging device 1 according to the present embodiment, the corrected red observation data value HDr is obtained by the red observation data value Dr−correction observation data value Dblk. Accordingly, by making the light transmittance of the correction filter 2Blk as shown in FIG. 7, the corrected red observation data value HDr can be prevented from being influenced by infrared rays and other colors of light. In addition, it is possible to obtain the image sensor 1 having high red sensitivity and good red color reproducibility.

なお、本実施の形態において、補正フィルタ2Blkは、上述したように、例えばバイオレットと赤の2色の光学的重畳で構成されてもよく、シアンと赤の2色の光学的重畳で構成されるとしてもよい。このような2色を組み合わせて補正フィルタ2Blkを形成することにより、補正フィルタ2Blkの光透過率が半値となる波長位置を、色材の比率で調整することができ、さらに補正された赤の観測データ値HDrについて色調整を行うことができる。   In the present embodiment, as described above, the correction filter 2Blk may be configured by optical superimposition of two colors of violet and red, for example, and is configured by optical superimposition of two colors of cyan and red. It is good. By forming the correction filter 2Blk by combining these two colors, the wavelength position at which the light transmittance of the correction filter 2Blk becomes half value can be adjusted by the ratio of the color material, and further, the corrected red observation Color adjustment can be performed on the data value HDr.

また、補正フィルタ2Blkの可視光波長域での色調整(例えばグレーレベルの調整)や、補正フィルタ2Blkの700nmあるいは700nm以降の近赤外透過分光での透過率曲線の立ち上がりや、透過率が半値となる波長位置の調整は、他の色材、あるいは他色の有機顔料、例えばバイオレット、青、緑などの有機顔料を添加して調整してもよい。   Further, color adjustment (for example, gray level adjustment) in the visible light wavelength range of the correction filter 2Blk, the rise of the transmission curve in the near-infrared transmission spectrum of 700 nm or 700 nm or later of the correction filter 2Blk, and the transmittance at half value. The wavelength position to be adjusted may be adjusted by adding other color materials or organic pigments of other colors, for example, organic pigments such as violet, blue, and green.

また、CMOS、CCDなどの受光素子は、人間の感じない紫外線域にも若干の感度を有する。このため、本実施の形態に係る透明フィルタ2Wは、400nm以下の光を不透過とし、主に400nm以降の波長の光を吸収することなく通すことが望ましい。   In addition, light receiving elements such as CMOS and CCD have some sensitivity even in the ultraviolet region that humans do not feel. For this reason, it is desirable that the transparent filter 2W according to the present embodiment does not transmit light having a wavelength of 400 nm or less, and mainly allows light having a wavelength of 400 nm or less to pass without being absorbed.

そこで、本実施の形態に係る透明フィルタ2Wに紫外線吸収剤や、樹脂の硬化に用いる光開始剤や硬化剤を添付し、透明フィルタ2Wに紫外線吸収機能を付加してもよい。   Therefore, an ultraviolet absorber, a photoinitiator or curing agent used for curing the resin, may be attached to the transparent filter 2W according to the present embodiment, and an ultraviolet absorbing function may be added to the transparent filter 2W.

紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サルチル酸系化学物、クマリン系化合物を用いることができる。また、紫外線吸収剤に、例えばヒンダードミン系化合物などの光安定化剤、クエンチャーなどを添加して用いてもよい。また、赤外線吸収性化合物や赤外線吸収剤を、透明フィルタ2Wを構成する樹脂に添加してもよく、ペンダント(反応性染料など、反応型赤外線吸収剤などの形で樹脂分子鎖に組み込む)方式により透明フィルタ2Wを構成する樹脂に添加してもよい。   As the ultraviolet absorber, for example, benzotriazole compounds, benzophenone compounds, salicylic acid chemicals, and coumarin compounds can be used. Further, for example, a light stabilizer such as a hindered amine compound, a quencher or the like may be added to the ultraviolet absorber. In addition, an infrared absorbing compound or an infrared absorbing agent may be added to the resin constituting the transparent filter 2W, and a pendant (reactive dye or the like incorporated into the resin molecular chain in the form of a reactive infrared absorbing agent) is used. You may add to resin which comprises the transparent filter 2W.

以上説明した本実施の形態に係る撮像素子1においては、見かけ上、高透過の青、緑、赤のフィルタを具備した場合と同等の効果を得ることができ、特に従来の撮像素子よりも青、赤の観測精度を向上させることができる。   In the image pickup device 1 according to the present embodiment described above, it is possible to obtain the same effect as when the high-transmission blue, green, and red filters are provided. In particular, the image pickup device 1 is more blue than the conventional image pickup device. , The red observation accuracy can be improved.

また、本実施の形態に係る撮像素子1においては、人間の可視域ではない赤外域の光の観測結果を削除することができ、人間の視覚に近い撮影結果を得ることができる。   In the image sensor 1 according to the present embodiment, the observation result of the light in the infrared region that is not the human visible region can be deleted, and the photographing result close to the human visual sense can be obtained.

また、本実施の形態に係る撮像素子1においては、上記図22に示す透過特性を持つ一般的な吸収型の赤外線カットフィルタを用いる場合と異なり、550nmから650nmの波長領域の光の吸収を緩和させることができるため、赤の演色性を向上させることができる。   Further, in the imaging device 1 according to the present embodiment, unlike the case of using a general absorption-type infrared cut filter having the transmission characteristics shown in FIG. 22, the absorption of light in the wavelength region of 550 nm to 650 nm is relaxed. Therefore, the color rendering property of red can be improved.

また、本実施の形態においては、撮像素子の補正用画素で赤外域の光を観測し、赤の画素の観測結果から、この補正用画素の観測結果を差し引くことで、赤外線吸収機能を実現している。また、他の色(青、緑)についても、それぞれ赤外域の引かれた観測結果が得られる。この結果、従来のカメラモジュールの光学系に備えられていた赤外線吸収型の赤外線カットフィルタを省略することができ、カメラを薄くすることができる。   In this embodiment, the infrared absorption function is realized by observing light in the infrared region with the correction pixel of the image sensor and subtracting the observation result of the correction pixel from the observation result of the red pixel. ing. In addition, for other colors (blue and green), the observation results with the infrared region drawn can be obtained. As a result, the infrared absorption type infrared cut filter provided in the optical system of the conventional camera module can be omitted, and the camera can be thinned.

(第2の実施の形態)
本実施の形態においては、上記第1の実施の形態に係る撮像素子の変形例について説明する。なお、本実施の形態に係る撮像素子は、上記第1の実施の形態に係る撮像素子1において、透明フィルタ2Wと樹脂層7とを一体構成としている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a modified example of the image sensor according to the first embodiment will be described. Note that the imaging element according to the present embodiment includes the transparent filter 2W and the resin layer 7 in an integrated configuration in the imaging element 1 according to the first embodiment.

図8は、本実施の形態に係る撮像素子におけるフィルタの配列状態の一例を示す正面図である。この図8では、光入射側からみたフィルタ層部の状態の例が表されている。   FIG. 8 is a front view showing an example of the arrangement state of the filters in the image sensor according to the present embodiment. In FIG. 8, an example of the state of the filter layer portion viewed from the light incident side is shown.

図9は、本実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図である。この図9では、上記図8のII−II断面が表されている。   FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of the image sensor according to the present embodiment. In FIG. 9, the II-II cross section of FIG. 8 is shown.

本実施の形態に係る撮像素子9の透明フィルタ10Wは、上記第1の実施の形態の透明フィルタ2W及び樹脂層7に相当する。   The transparent filter 10W of the image sensor 9 according to the present embodiment corresponds to the transparent filter 2W and the resin layer 7 of the first embodiment.

本実施の形態に係る撮像素子9は、上記第1の実施の形態に係る透明フィルタ2Wの位置に、透明フィルタ10Wの一部を配置している。透明フィルタ10Wの他の部分は、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ3Blkの光入射側の面を覆う。   In the image sensor 9 according to the present embodiment, a part of the transparent filter 10W is disposed at the position of the transparent filter 2W according to the first embodiment. The other part of the transparent filter 10W covers the light incident side surfaces of the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 3Blk.

すなわち、本実施の形態に係る透明フィルタ10Wは、上記第1の実施の形態に係る透明フィルタ2Wと樹脂層7とを一体とした構成を持ち、透明平滑化層としての役割も果たす。   That is, the transparent filter 10W according to the present embodiment has a configuration in which the transparent filter 2W according to the first embodiment and the resin layer 7 are integrated, and also serves as a transparent smoothing layer.

撮像素子9は、透明フィルタ10W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを具備する。本実施の形態に係る補正フィルタ2Blkは、バイオレットと赤とを光学的に重畳して形成される。上記図9では、補正フィルタ2Blkは、バイオレットの顔料と赤の顔料とを混合した着色樹脂の単層により形成されている。   The image sensor 9 includes a transparent filter 10W, a yellow filter 2Y, a red filter 2R, and a correction filter 2Blk. The correction filter 2Blk according to the present embodiment is formed by optically superimposing violet and red. In FIG. 9, the correction filter 2Blk is formed of a single layer of a colored resin in which a violet pigment and a red pigment are mixed.

入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkは、それぞれ透明フィルタ10W、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを通過した光を受け、電気信号に変換する。   The incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk receive light that has passed through the transparent filter 10W, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk, respectively, and convert them into electrical signals. .

撮像素子9は、上記第1の実施の形態と同様に、各受光素子による観測データ値Dw,Dy,Dr,Dblkに基づいて演算(引き算)を行い、青、緑、補正された赤の3原色の観測データ値Db,Dg,HDrを得る。   Similar to the first embodiment, the image sensor 9 performs an operation (subtraction) based on the observation data values Dw, Dy, Dr, and Dblk from the respective light receiving elements, and performs blue, green, and corrected red 3 The observation data values Db, Dg, and HDr for the primary colors are obtained.

すなわち、撮像素子9は、各受光素子による観測データ値に基づいて演算(引き算)を行うことにより、見かけ上(仮想的に)、青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタを具備していると考えることが可能である。   That is, the imaging device 9 is assumed to have a blue filter, a green filter, and a red filter in appearance (virtually) by performing calculation (subtraction) based on the observation data value by each light receiving element. Is possible.

撮像素子9の演算によって得られる見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタについての波長400nm〜800nmの分光透過率の一例は、上記図5と同様である。   An example of the spectral transmittance of wavelengths 400 nm to 800 nm for the apparent blue filter, green filter, and red filter obtained by the calculation of the image sensor 9 is the same as in FIG.

撮像素子9の見かけ上の青フィルタ、緑フィルタの透過率は、それぞれの色の波長域において、従来の青のカラーフィルタ、緑のカラーフィルタよりも透過率が高くなるという特徴を持つ。   The apparent transmittance of the blue filter and the green filter of the image sensor 9 is characterized in that the transmittance is higher than that of the conventional blue color filter and green color filter in the wavelength range of each color.

以上説明した本実施の形態においては、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkの光入射側の面を透明フィルタ10Wで覆い、透明フィルタ10Wと透明平滑化層とを一体化した構成としている。   In the present embodiment described above, the light incident side surfaces of the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk are covered with the transparent filter 10W, and the transparent filter 10W and the transparent smoothing layer are integrated. .

これにより、透明フィルタ10Wと透明平滑化層との形成工程とを一体化することができ、フィルタの形成において、透明フィルタのパターン形成工程を独自に設ける必要がなく、撮像素子9の製造プロセスを簡略化させることができる。   Thereby, the formation process of the transparent filter 10W and the transparent smoothing layer can be integrated, and it is not necessary to provide the pattern formation process of the transparent filter independently in the formation of the filter, and the manufacturing process of the image sensor 9 It can be simplified.

すなわち、本実施の形態では、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを形成した後に、この各フィルタを被覆するように透明平坦化層である透明フィルタ10Wが形成される。本実施の形態では、上記第1の実施の形態において透明フィルタ2Wが形成されていた部分に、透明平坦化層である透明フィルタ10Wの一部が配置され、透明フィルタ10Wが透明平坦化層としての役割を果たす。   That is, in this embodiment, after forming the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk, the transparent filter 10W that is a transparent flattening layer is formed so as to cover these filters. In the present embodiment, a part of the transparent filter 10W, which is a transparent flattening layer, is disposed in the portion where the transparent filter 2W is formed in the first embodiment, and the transparent filter 10W is used as the transparent flattening layer. To play a role.

これにより、本実施の形態においては、例えばフォトリソグラフィー法などの手法によって透明フィルタを独自に形成する工程を省略でき、3色分のフィルタ形成分の労力で4色分のフィルタを構成でき、1色分のフィルタ形成工程を削減できる。   Thereby, in the present embodiment, for example, a step of forming a transparent filter uniquely by a technique such as a photolithography method can be omitted, and a filter for four colors can be configured with the effort of forming a filter for three colors. The color filter forming process can be reduced.

(第3の実施の形態)
本実施の形態においては、上記第1及び第2の実施の形態に係る撮像素子の変形例について説明する。なお、本実施の形態に係る撮像素子は、上記第2の実施の形態に係る撮像素子9において、透明フィルタ10Wとマイクロレンズ8とを一体構成としている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a modification of the image sensor according to the first and second embodiments will be described. Note that the image pickup device according to the present embodiment has the transparent filter 10W and the microlens 8 integrally formed in the image pickup device 9 according to the second embodiment.

図10は、本実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of an image sensor according to the present embodiment.

本実施の形態に係る撮像素子11は、上記第2の実施の形態に係る撮像素子9のマイクロレンズ8と透明フィルタ10Wとを一体構造とした透明フィルタ12Wを具備する。すなわち、透明フィルタ12Wは、入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkへの集光性を高める機能をも持つ。   The image sensor 11 according to the present embodiment includes a transparent filter 12W in which the microlens 8 and the transparent filter 10W of the image sensor 9 according to the second embodiment are integrated. That is, the transparent filter 12W also has a function of improving the light condensing property to the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk.

以下に、この撮像素子11の製造工程を説明する。   Below, the manufacturing process of this image pick-up element 11 is demonstrated.

図11は、本実施の形態に係る撮像素子11の製造プロセスの第1工程の例を示す断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the first step of the manufacturing process of the image sensor 11 according to the present embodiment.

まず入射光受光素子3W、黄受光素子3Y、赤受光素子3R、補正受光素子3Blkが形成された半導体基板5上に、透明樹脂からなる平坦化層6が塗布形成される。   First, the planarizing layer 6 made of a transparent resin is applied and formed on the semiconductor substrate 5 on which the incident light receiving element 3W, the yellow light receiving element 3Y, the red light receiving element 3R, and the correction light receiving element 3Blk are formed.

なお、フォトリソグラフィー法を用いた、感光性樹脂からなるカラーフィルタの形成において、感光性樹脂へのパターン露光は紫外線を用いるため、パターン露光時のハレーションを防止するために、平坦化層6に紫外線吸収剤を添加するとしてもよい。   In the formation of a color filter made of a photosensitive resin using a photolithographic method, pattern exposure to the photosensitive resin uses ultraviolet rays. Therefore, in order to prevent halation during pattern exposure, ultraviolet rays are applied to the planarizing layer 6. An absorbent may be added.

図12は、撮像素子11の製造プロセスの第2工程の例を示す断面図である。   FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating an example of a second step of the manufacturing process of the image sensor 11.

フォトリソグラフィー法により、平坦化層6上に、黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、バイオレットと赤とを光学的に重畳した補正フィルタ2Blkが、この順で形成される。   By the photolithography method, the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk in which violet and red are optically superimposed are formed on the planarizing layer 6 in this order.

各フィルタの膜厚は1.4μm、各フィルタの画素ピッチは2.6μm、平坦化層6の平均膜厚は0.1μmとした。なお、撮像素子11を薄くするために、平滑化層6は、省略されてもよい。   The film thickness of each filter was 1.4 μm, the pixel pitch of each filter was 2.6 μm, and the average film thickness of the planarizing layer 6 was 0.1 μm. Note that the smoothing layer 6 may be omitted in order to make the imaging device 11 thinner.

図13は、撮像素子11の製造プロセスの第3工程の例を示す断面図である。   FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a third step in the manufacturing process of the image sensor 11.

黄フィルタ2Y、赤フィルタ2R、補正フィルタ2Blkを形成した半導体基板5上に、平坦化機能を持ち、かつ、クマリン系の紫外線吸収剤が2%含有された熱硬化タイプのアクリル樹脂が平均膜厚2μmで塗布され、180度、3分間の加熱がなされ、塗布された樹脂層の硬化がなされ、透明フィルタ12Wが形成される。   On the semiconductor substrate 5 on which the yellow filter 2Y, the red filter 2R, and the correction filter 2Blk are formed, a thermosetting acrylic resin having a flattening function and containing 2% of a coumarin-based ultraviolet absorber is an average film thickness. It is applied at 2 μm, heated at 180 degrees for 3 minutes, the applied resin layer is cured, and a transparent filter 12W is formed.

さらに、この第3工程では、透明フィルタ12Wの上に、熱フロー性(熱処理により流動化し、丸くなる)を有し、かつ、アルカリ現象可能な感光性フェノール樹脂13が塗布される。   Further, in the third step, a photosensitive phenol resin 13 having a heat flow property (fluidized and rounded by heat treatment) and capable of an alkaline phenomenon is applied on the transparent filter 12W.

図14は、撮像素子11の製造プロセスの第4工程の例を示す断面図である。   FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a fourth step in the manufacturing process of the image sensor 11.

上記感光性フェノール樹脂13を、フォトリソグラフィー法を用いて所定のパターン(例えば、矩形状パターン)とする。次に、200度の加熱を行い、所定パターンの感光性フェノール樹脂13を流動化させ、約0.6μmの厚さの半球状のレンズ母型13aが形成される。   The said photosensitive phenol resin 13 is made into a predetermined pattern (for example, rectangular pattern) using the photolithographic method. Next, heating is performed at 200 degrees to fluidize the photosensitive phenol resin 13 having a predetermined pattern, thereby forming a hemispherical lens matrix 13a having a thickness of about 0.6 μm.

図15は、撮像素子11の製造プロセスの第5工程の例を示す断面図である。   FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a fifth step of the manufacturing process of the image sensor 11.

ドライエッチング装置内で透明フィルタ12Wに対する異方性のエッチングが行われる。このエッチングによりレンズ母型13aはなくなるが、このレンズ母型13aが透明フィルタ12Wへのマスクとなり、レンズ母型13aの半球状の形状が透明フィルタ12Wに転写される。   Anisotropic etching is performed on the transparent filter 12W in a dry etching apparatus. This etching eliminates the lens matrix 13a, but this lens matrix 13a serves as a mask for the transparent filter 12W, and the hemispherical shape of the lens matrix 13a is transferred to the transparent filter 12W.

これにより、マイクロレンズとして機能し、各フィルタ上にも備えられている透明フィルタ12Wを具備する撮像素子11を得ることができる。   Thereby, it is possible to obtain the imaging device 11 that functions as a microlens and includes the transparent filter 12 </ b> W provided on each filter.

以上説明したように、本実施の形態に係る透明フィルタ12Wは、マイクロレンズと一体化している。これにより撮像素子11を薄くすることができる。   As described above, the transparent filter 12W according to the present embodiment is integrated with the microlens. Thereby, the image pick-up element 11 can be made thin.

なお、本実施の形態においては、透明平坦化層としての役割を持つ透明フィルタ12Wをマイクロレンズ形状としているが、マイクロレンズを形成することなく透明平坦化層としての役割を持つ透明フィルタ12Wのままでもよい。   In the present embodiment, the transparent filter 12W serving as a transparent flattening layer has a microlens shape, but the transparent filter 12W serving as a transparent flattening layer remains without forming a microlens. But you can.

この場合、上記図13の第3工程において透明フィルタ12Wを形成した後は、感光性フェノール樹脂13の形成等の以降の工程を行うことなく撮像素子が得られる。   In this case, after forming the transparent filter 12W in the third step of FIG. 13, the imaging element can be obtained without performing subsequent steps such as formation of the photosensitive phenol resin 13.

ここで、上述したように、平坦化層6には、感光性樹脂へのパターン露光の際のハレーション防止のために、紫外線吸収剤が添加されていることが好ましい。また、受光素子が紫外線域に感度を有することに基づく紫外線によるノイズの発生を防止するために、透明フィルタ12Wに、紫外線吸収剤を添加することが好ましい。   Here, as described above, it is preferable that an ultraviolet absorber is added to the planarizing layer 6 in order to prevent halation during pattern exposure of the photosensitive resin. Moreover, in order to prevent the generation | occurrence | production of the noise by the ultraviolet-ray based on a light receiving element having a sensitivity in an ultraviolet region, it is preferable to add an ultraviolet absorber to the transparent filter 12W.

透明フィルタ12Wの形成に用いられる樹脂のポリマーやモノマーあるいは硬化剤に、紫外線吸収機能を有する官能基をペンダント方式により添加したり、ポリマーに取り込まれるような基を持たせて重合してもよい。例えば、キノン類、アントラセンをポリマーに導入してもよいし、紫外線吸収性の基を持つモノマーを添加してもよい。   A functional group having an ultraviolet absorption function may be added to the polymer, monomer, or curing agent of the resin used for forming the transparent filter 12W by a pendant system, or a group that may be incorporated into the polymer may be polymerized. For example, quinones and anthracene may be introduced into the polymer, or a monomer having an ultraviolet absorbing group may be added.

紫外線吸収剤としては、酸化セリウム、酸化チタンなどの金属酸化物からなる微粒子を使用可能である。しかしながら、上述したように、透明フィルタ12Wにレンズ形状が転写され、透明フィルタ12Wが転写型のマイクロレンズとなる場合において、紫外線吸収剤が無添加の場合には、転写レンズの樹脂中で無機材料が光学的な異物となり、光が遮断される場合がある。この場合、撮像素子11で得られた画像に黒い部分が生じることになる。したがって、染料系の紫外線吸収剤を使用することが好ましい。例えば、紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系、サリシレート系、クマリン系、キサンテン系、メトキシケイ皮酸系有機化合物などが用いられる。   As the ultraviolet absorber, fine particles made of a metal oxide such as cerium oxide or titanium oxide can be used. However, as described above, in the case where the lens shape is transferred to the transparent filter 12W and the transparent filter 12W is a transfer type microlens, when an ultraviolet absorber is not added, an inorganic material is contained in the resin of the transfer lens. May become an optical foreign matter and light may be blocked. In this case, a black portion is generated in the image obtained by the image sensor 11. Therefore, it is preferable to use a dye-based ultraviolet absorber. For example, as the ultraviolet absorber, benzotriazole, benzophenone, triazine, salicylate, coumarin, xanthene, methoxycinnamic acid organic compounds and the like are used.

なお、上記各実施の形態において、黄色については、赤色、補正用色の共通色としてもよい。すなわち、透明部を除き、黄色は赤色部及び補正用色部に共通に含まれるものとし、透明部を除き、他の色部の下引きの色として用いてもよい。この場合、例えば、黄色の樹脂により黄の形成位置に黄フィルタ2Yを形成すると同時に、赤の形成位置及び補正用色の形成位置にも黄フィルタ2Yを形成し、その後、赤の形成位置に赤フィルタ2Rを形成するとともに補正用色の形成位置に補正フィルタ2Blkを積層して撮像素子を形成するとしてもよい。   In each of the above embodiments, yellow may be a common color of red and a correction color. That is, except for the transparent portion, yellow may be included in common in the red portion and the correction color portion, and may be used as a subtracting color for other color portions except for the transparent portion. In this case, for example, the yellow filter 2Y is formed at the yellow formation position with the yellow resin, and at the same time, the yellow filter 2Y is formed at the red formation position and the correction color formation position, and then the red filter is formed at the red formation position. The image sensor may be formed by forming the filter 2R and laminating the correction filter 2Blk at the correction color forming position.

(第4の実施の形態)
本実施の形態では、入射光のうち受光素子に入射する光を除く他の光の反射や、赤外光に代表される長波長の光の拡散、回り込みを抑制する遮光膜を、基板の入射光の入射側であり受光素子に入射光を入射させる領域を除く他の領域に設けた撮像素子について説明する。
(Fourth embodiment)
In this embodiment, a light-shielding film that suppresses reflection of light other than light incident on the light receiving element out of incident light, diffusion of long-wavelength light typified by infrared light, and wraparound is provided on the substrate. An image sensor provided in a region other than the region where the incident light is incident on the light receiving element on the light incident side will be described.

図16は、本実施の形態に係る撮像素子の遮光膜の配置位置の第1例を示す正面図である。   FIG. 16 is a front view showing a first example of the arrangement position of the light shielding film of the image sensor according to the present embodiment.

この図16に示す撮像素子17は、受光素子の光入射側であり、カラーフィルタ、補正フィルタ、透明フィルタなどの各種フィルタ18の設置されている有効画素部の外周部に、光の反射や、光の拡散、回り込みによる透過を抑制する遮光膜19を具備する。なお、撮像素子17は、外部との電気的接続をとるための電極部20を具備するが、電極部20には遮光膜は形成しない。   The image pickup device 17 shown in FIG. 16 is on the light incident side of the light receiving device, and reflects light on the outer peripheral portion of an effective pixel portion where various filters 18 such as a color filter, a correction filter, and a transparent filter are installed. A light shielding film 19 that suppresses transmission due to light diffusion and wraparound is provided. The imaging element 17 includes an electrode unit 20 for electrical connection with the outside, but no light shielding film is formed on the electrode unit 20.

遮光膜19には、上記各実施の形態で説明した補正フィルタを用いることができる。   The light-shielding film 19 can use the correction filter described in the above embodiments.

遮光膜19を、撮像素子17の有効画素部の外周部に配設することは、撮像素子17の観測結果がノイズの影響を受けることを防ぐことができ、画質を高めることができる点で有効である。特に、遮光膜19として上記各種の補正フィルタを用いることで、可視光波長域の光をカットすることができ、撮像素子17の枠部(外周部)の迷光を減少させることができる。   Disposing the light shielding film 19 on the outer periphery of the effective pixel portion of the image sensor 17 is effective in that the observation result of the image sensor 17 can be prevented from being affected by noise and the image quality can be improved. It is. In particular, by using the above-described various correction filters as the light shielding film 19, light in the visible light wavelength region can be cut, and stray light in the frame portion (outer peripheral portion) of the image sensor 17 can be reduced.

図17は、本実施の形態に係る撮像素子17の一例を示す断面図である。この図17では、上記図16のIII−III断面が表されている。   FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of the image sensor 17 according to the present embodiment. In FIG. 17, the III-III cross section of FIG. 16 is shown.

撮像素子17の半導体基板5の光入射側には、受光素子3としてCMOSが備えられる。受光素子3の光入射側には、平坦化層6を介してカラーフィルタ、補正フィルタ、透明フィルタなどの各種フィルタ18が配置される。さらに各種フィルタ18の光入射側には、マイクロレンズ8が画素ごとに備えられる。   A CMOS is provided as the light receiving element 3 on the light incident side of the semiconductor substrate 5 of the imaging element 17. Various filters 18 such as a color filter, a correction filter, and a transparent filter are disposed on the light incident side of the light receiving element 3 via the planarization layer 6. Further, the microlens 8 is provided for each pixel on the light incident side of the various filters 18.

半導体基板5の光入射側の枠部には、電極部20が形成され、この電極部20を除く部分には、遮光膜19が形成される。電極部20としては、例えばAlパッドを用いることができる。電極部20は、外部と撮像素子17との間の電気的接続を行う。この電極部20上には、遮光膜19は形成されない。   An electrode portion 20 is formed on the frame portion on the light incident side of the semiconductor substrate 5, and a light shielding film 19 is formed on a portion excluding the electrode portion 20. As the electrode unit 20, for example, an Al pad can be used. The electrode unit 20 performs electrical connection between the outside and the image sensor 17. The light shielding film 19 is not formed on the electrode portion 20.

本実施の形態の目的の一つに、赤外線カットフィルタを省略することがある。そのため、遮光膜19に、可視光をカットする機能に加えて赤外光をカットする機能を備えることが好ましい。このような可視光及び赤外光をカットする遮光膜の一例として、例えばカーボンブラックなどの黒色顔料を固形比40%とした遮光膜がある。このカーボンブラックなどの黒色顔料を固形比40%とした遮光膜の膜厚は、例えば0.8μmとすることができる。   One of the purposes of the present embodiment is to omit the infrared cut filter. Therefore, it is preferable that the light shielding film 19 has a function of cutting infrared light in addition to a function of cutting visible light. As an example of such a light-shielding film that cuts visible light and infrared light, there is a light-shielding film in which a black pigment such as carbon black is used at a solid ratio of 40%. The thickness of the light-shielding film in which the black pigment such as carbon black is 40% in solid ratio can be set to 0.8 μm, for example.

図18は、本実施の形態に係る撮像素子の遮光膜の配置位置の第2例を示す断面図である。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing a second example of the arrangement position of the light shielding film of the image sensor according to the present embodiment.

この図18に示す撮像素子14は、上記撮像素子17と同様の構成であるが、半導体基板5及び平滑化層6の光入射側の面のうち、CMOSの受光素子3の外周部に遮光膜15と膜16とを積層した特徴を持つ。   The image pickup device 14 shown in FIG. 18 has the same configuration as the image pickup device 17, but a light shielding film on the outer periphery of the light receiving device 3 of the CMOS among the light incident side surfaces of the semiconductor substrate 5 and the smoothing layer 6. 15 and film 16 are laminated.

この遮光膜15としては、例えば補正フィルタ2Blkを用いることができる。すなわち、遮光膜15は、補正フィルタ2Blkの形成手法と同じ手法にて、補正フィルタ2Blkと同じ材質と構成にて形成することができる。   As the light shielding film 15, for example, a correction filter 2Blk can be used. That is, the light shielding film 15 can be formed with the same material and configuration as the correction filter 2Blk by the same method as the method of forming the correction filter 2Blk.

撮像素子14は、半導体基板5上であり、受光素子の開口部外に、可視光波長域において透過抑制特性を持つ遮光膜15(補正フィルタ2W)を配設している。   The imaging element 14 is on the semiconductor substrate 5 and a light shielding film 15 (correction filter 2W) having transmission suppression characteristics in the visible light wavelength region is disposed outside the opening of the light receiving element.

従来の撮像素子においては、受光素子以外の部分に入射した光が撮像素子内で迷走し、迷光となる場合がある。この迷光は、その後受光素子に入射するとノイズとなる。また、受光素子の周辺領域に不要な光が入射するとノイズの原因となる。   In a conventional image sensor, light incident on a portion other than the light receiving element may stray in the image sensor and become stray light. This stray light then becomes noise when it enters the light receiving element. Further, when unnecessary light is incident on the peripheral area of the light receiving element, it causes noise.

しかしながら、本実施の形態においては、受光素子の有効開口部周辺や、半導体基板5の一部(例えば半導体基板5の外周)に、可視光波長域において透過抑制特性を持つ遮光膜15を配置しているため、この遮光膜15により、受光素子を除く他の部分に入射した光が吸収される。   However, in the present embodiment, the light shielding film 15 having a transmission suppressing characteristic in the visible light wavelength region is disposed around the effective opening of the light receiving element and part of the semiconductor substrate 5 (for example, the outer periphery of the semiconductor substrate 5). Therefore, the light incident on the other part except the light receiving element is absorbed by the light shielding film 15.

これにより、受光素子に迷光及び不要な光が入射することを防止することができ、ノイズを低減させることができ、撮像素子14によって得られる画質を向上させることができる。特に、遮光膜15として補正フィルタ2Wを用いた場合、可視光波長域の光をカットでき、撮像素子14の周辺で発生する迷光を減少させることができ、受光素子周辺からのノイズ発生を軽減できる。   Thereby, stray light and unnecessary light can be prevented from entering the light receiving element, noise can be reduced, and the image quality obtained by the imaging element 14 can be improved. In particular, when the correction filter 2W is used as the light shielding film 15, light in the visible light wavelength region can be cut, stray light generated around the imaging element 14 can be reduced, and noise generation from the periphery of the light receiving element can be reduced. .

なお、遮光膜15として補正フィルタ2Wを用いた場合、この遮光膜15は、赤外域の光及び紫外域の光を透過する。そこで、本実施の形態では、受光素子の有効開口部ではない部分の半導体基板5上に、遮光膜15を配置し、さらにこの遮光膜15に対して赤外線及び紫外線を吸収する膜16を積層する。   When the correction filter 2W is used as the light shielding film 15, the light shielding film 15 transmits infrared light and ultraviolet light. Therefore, in the present embodiment, a light shielding film 15 is disposed on a portion of the semiconductor substrate 5 that is not an effective opening of the light receiving element, and a film 16 that absorbs infrared rays and ultraviolet rays is laminated on the light shielding film 15. .

この膜16には、マイクロレンズ8の形成に用いる透明樹脂に赤外線吸収剤及び紫外線吸収剤を添加した樹脂を用いることにより、材料費を軽減させることができる。   By using a resin in which an infrared absorber and an ultraviolet absorber are added to the transparent resin used to form the microlens 8, the material cost can be reduced for the film 16.

これにより、受光素子ではない部分に入射した赤外線及び紫外線が迷走し、迷光となり、ノイズが発生することを防止することができる。   As a result, it is possible to prevent infrared rays and ultraviolet rays incident on a portion that is not a light receiving element from straying, becoming stray light, and generating noise.

なお、本実施の形態においては、有効画素部の外周部に遮光膜を配設しているが、受光素子がCCDであった場合には、配線部位上に遮光膜を形成するとしてもよい。   In this embodiment, a light shielding film is provided on the outer periphery of the effective pixel portion. However, when the light receiving element is a CCD, a light shielding film may be formed on the wiring portion.

(第5の実施の形態)
本実施の形態において、カラーフィルタ、補正フィルタ、透明フィルタを含む複数のフィルタの透過率は、それぞれが異なる波長域で立ち上がる(増加する)。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, the transmittance of a plurality of filters including a color filter, a correction filter, and a transparent filter rises (increases) in different wavelength ranges.

図19は、本実施の形態に係る撮像素子の一例を示す正面図である。この図19では、光入射側からみた撮像素子21のフィルタF1〜F7の状態の例が表されている。フィルタF1〜F7は、カラーフィルタ、補正フィルタ、透明フィルタを含む。   FIG. 19 is a front view showing an example of an image sensor according to the present embodiment. FIG. 19 illustrates an example of the state of the filters F1 to F7 of the image sensor 21 as viewed from the light incident side. The filters F1 to F7 include a color filter, a correction filter, and a transparent filter.

受光素子(光電変換素子)H1〜H7は、それぞれフィルタF1〜F7経由で入射光を受光し、観測データ値E1〜E7を演算部22に出力する。   The light receiving elements (photoelectric conversion elements) H1 to H7 receive incident light via the filters F1 to F7, respectively, and output observation data values E1 to E7 to the calculation unit 22.

演算部22は、フィルタF1〜F7経由で観測された複数の受光素子H1〜H7の観測データ値E1〜E7のうち、任意の2つのフィルタ経由で観測された観測データ値に基づいて引き算処理を実行し、この任意の2つのフィルタのペアに対応する波長域の光の観測データ値を求め、この算出された観測データ値を出力する。   The calculation unit 22 performs subtraction processing based on observation data values observed via any two filters among the observation data values E1 to E7 of the plurality of light receiving elements H1 to H7 observed via the filters F1 to F7. The observation data value of the light in the wavelength region corresponding to the arbitrary two filter pairs is obtained, and the calculated observation data value is output.

図20は、本実施の形態に係る撮像素子21に備えられているフィルタF1〜F7の光の波長と透過率との関係の例を示すグラフである。   FIG. 20 is a graph showing an example of the relationship between the wavelength of light and the transmittance of the filters F1 to F7 provided in the image sensor 21 according to the present embodiment.

本実施の形態に係る撮像素子21に備えられている複数のフィルタF1〜F7は、それぞれ自己の透過率が立ち上がる部分の波長WL1〜WL7より短波長側の光について透過を抑制する特性を持ち、自己の透過率が立ち上がる部分の波長WL1〜WL7より長波長側の光について透過させる特性を持つ。   The plurality of filters F1 to F7 provided in the imaging device 21 according to the present embodiment have a characteristic of suppressing transmission of light on the shorter wavelength side than the wavelengths WL1 to WL7 of the portion where the own transmittance rises. It has a characteristic of transmitting light having a longer wavelength than the wavelengths WL1 to WL7 where self transmittance rises.

撮像素子21では、フィルタF1〜F7経由で入射された光が、それぞれ受光素子(光電変換素子)H1〜H7により観測される。演算部22は、受光素子H1〜H7のそれぞれの観測データ値E1〜E7を入力する。   In the image sensor 21, light incident through the filters F1 to F7 is observed by the light receiving elements (photoelectric conversion elements) H1 to H7, respectively. The calculation unit 22 inputs the observed data values E1 to E7 of the light receiving elements H1 to H7.

フィルタF1〜F7は、自己の透過率の立ち上がる部分より短波長域では低透過率とし、長波長域では高透過率とし、かつ略S字状に透過率が立ち上がる略S字状の分光曲線となる。フィルタF1〜F7は、それぞれ異なる波長域で、透過率が立ち上がる。   The filters F1 to F7 have a substantially S-shaped spectral curve that has a low transmittance in a shorter wavelength region, a higher transmittance in a long wavelength region, and a substantially S-shaped transmittance that rises in a substantially S shape. Become. The filters F1 to F7 rise in transmittance in different wavelength ranges.

本実施の形態において、フィルタF1は、透明フィルタ(例えば無色透明のフィルタ)とする。   In the present embodiment, the filter F1 is a transparent filter (for example, a colorless and transparent filter).

フィルタF3は、光の黄成分の抽出に用いられる黄のカラーフィルタとする。   The filter F3 is a yellow color filter used for extracting a yellow component of light.

フィルタF6は、光の赤成分の抽出に用いられる赤のカラーフィルタとする。   The filter F6 is a red color filter used for extracting a red component of light.

フィルタF7は、可視光波長域において光の透過を抑制する特性を有し、可視光波長域より長波長側において光を透過させる特性を有する補正フィルタとする。   The filter F7 is a correction filter having the characteristic of suppressing light transmission in the visible light wavelength region and having the property of transmitting light on the longer wavelength side than the visible light wavelength region.

光の透過率と波長との特性において、フィルタF2の透過率の立ち上がる部分の波長WL2は、フィルタ(透明フィルタ)F1の透過率の立ち上がる部分の波長WL1と、フィルタ(黄フィルタ)F3の透過率の立ち上がる部分の波長WL3との間にある。例えば、フィルタF2の透過率の立ち上がる部分の波長WL2は、フィルタ(透明フィルタ)F1の透過率の立ち上がる部分の波長WL1と、フィルタ(黄フィルタ)F3の透過率の立ち上がる部分の波長WL3との間の波長領域を2つに分けるとする。   In the characteristics of light transmittance and wavelength, the wavelength WL2 where the transmittance of the filter F2 rises is the wavelength WL1 where the transmittance of the filter (transparent filter) F1 rises and the transmittance of the filter (yellow filter) F3. Is between the wavelength WL3 of the rising part. For example, the wavelength WL2 where the transmittance of the filter F2 rises is between the wavelength WL1 where the transmittance of the filter (transparent filter) F1 rises and the wavelength WL3 where the transmittance of the filter (yellow filter) F3 rises. Is divided into two wavelength regions.

また、光の透過率と波長との特性において、フィルタF4の透過率の立ち上がる部分の波長WL4は、フィルタ(黄フィルタ)F3の透過率の立ち上がる部分の波長WL3と、フィルタ(赤フィルタ)F6の透過率の立ち上がる部分の波長WL6との間にある。   Further, in the characteristics of light transmittance and wavelength, the wavelength WL4 of the portion where the transmittance of the filter F4 rises is the wavelength WL3 of the portion where the transmittance of the filter (yellow filter) F3 rises and the wavelength WL3 of the filter (red filter) F6. It is between the wavelength WL6 of the portion where the transmittance rises.

同様に、フィルタF5の透過率の立ち上がる部分の波長WL5は、フィルタ(黄フィルタ)F3の透過率の立ち上がる部分の波長WL3と、フィルタ(赤フィルタ)F6の透過率の立ち上がる部分の波長WL6との間にある。   Similarly, the wavelength WL5 of the part where the transmittance of the filter F5 rises is the wavelength WL3 of the part where the transmittance of the filter (yellow filter) F3 rises and the wavelength WL6 of the part where the transmittance of the filter (red filter) F6 rises. between.

光の透過率と波長との特性において、フィルタF4の透過率の立ち上がる部分の波長WL4は、フィルタF5の透過率の立ち上がる部分の波長WL5よりも短波長側で透過率が増加するとする。   In the characteristics of light transmittance and wavelength, it is assumed that the wavelength WL4 at the portion where the transmittance of the filter F4 rises increases on the shorter wavelength side than the wavelength WL5 at the portion where the transmittance of the filter F5 rises.

例えば、フィルタF4,F5の透過率の立ち上がる部分の波長WL4,WL5は、フィルタ(黄フィルタ)F3の透過率の立ち上がる部分の波長WL3と、フィルタ(赤フィルタ)F6の透過率の立ち上がる部分の波長WL6との間の波長領域を3つに分けるとする。   For example, the wavelengths WL4 and WL5 where the transmittance of the filters F4 and F5 rises are the wavelength WL3 where the transmittance of the filter (yellow filter) F3 rises and the wavelengths where the transmittance of the filter (red filter) F6 rises. It is assumed that the wavelength region between WL6 is divided into three.

演算部22は、上述したように、フィルタF1〜F7経由で観測された入射光の観測データ値E1〜E7のうち任意の2つのフィルタ経由で観測された入射光の観測データ値について引き算処理を実行し、この任意の2つのフィルタのペアに対応する波長域の光の観測データ値を求める。   As described above, the calculation unit 22 performs a subtraction process on the observation data values of the incident light observed via any two filters among the observation data values E1 to E7 of the incident light observed via the filters F1 to F7. The observation data value of the light in the wavelength region corresponding to the arbitrary two filter pairs is obtained.

例えば、演算部22は、フィルタ(透明フィルタ)F1経由で観測された観測データ値E1からフィルタ(黄フィルタ)F3経由で観測された観測データ値E3を引き算し、青の観測データ値G1を出力する。   For example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E3 observed via the filter (yellow filter) F3 from the observation data value E1 observed via the filter (transparent filter) F1, and outputs a blue observation data value G1. To do.

また、例えば、演算部22は、フィルタ(黄フィルタ)F3経由で観測された観測データ値E3からフィルタ(赤フィルタ)F6経由で観測された観測データ値E6を引き算し、緑の観測データ値G2を出力する。   Further, for example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E6 observed via the filter (red filter) F6 from the observation data value E3 observed via the filter (yellow filter) F3, thereby obtaining a green observation data value G2. Is output.

また、例えば、演算部22は、フィルタ(赤フィルタ)F6経由で観測された観測データ値E6から補正フィルタF7経由で観測された観測データ値E7を引き算し、赤外線の影響(成分)を除去した赤の観測データ値G3を出力する。   Further, for example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E7 observed via the correction filter F7 from the observation data value E6 observed via the filter (red filter) F6 to remove the influence (component) of infrared rays. The red observation data value G3 is output.

さらに、演算部22は、フィルタF2,F4〜F6を用いることで、よりきめ細かい色の観測データ値を求めることができる。   Furthermore, the calculation part 22 can obtain | require the observation data value of a finer color by using filter F2, F4-F6.

例えば、演算部22は、フィルタF2経由で観測された観測データ値E2からフィルタ(黄フィルタ)F3経由で観測された観測データ値E3を引き算し、緑かかった青の観測データ値G4を出力する。   For example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E3 observed via the filter (yellow filter) F3 from the observation data value E2 observed via the filter F2, and outputs a green-observed blue observation data value G4. .

例えば、演算部22は、フィルタ(黄フィルタ)F3経由で観測された観測データ値E3からフィルタF4経由で観測された観測データ値E4を引き算し、黄緑色の観測データ値G5を出力する。   For example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E4 observed via the filter F4 from the observation data value E3 observed via the filter (yellow filter) F3, and outputs a yellow-green observation data value G5.

例えば、演算部22は、フィルタF4経由で観測された観測データ値E4からフィルタF5経由で観測された観測データ値E5を引き算し、黄の観測データ値G6を出力する。   For example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E5 observed via the filter F5 from the observation data value E4 observed via the filter F4, and outputs a yellow observation data value G6.

例えば、演算部22は、フィルタF5経由で観測された観測データ値E5からフィルタF6(赤フィルタ)経由で観測された観測データ値E6を引き算し、橙色の観測データ値G7を出力する。   For example, the calculation unit 22 subtracts the observation data value E6 observed via the filter F6 (red filter) from the observation data value E5 observed via the filter F5, and outputs an orange observation data value G7.

フィルタF1〜F7の透過率は、光の波長が750nmより長波長側の場合に90%以上となることが好ましい。赤外域の光の成分をカットして、人間の可視光波長域の光成分の強度を高精度に観測するためである。   The transmittances of the filters F1 to F7 are preferably 90% or more when the wavelength of light is longer than 750 nm. This is because the light component in the infrared region is cut and the intensity of the light component in the human visible light wavelength region is observed with high accuracy.

受光素子(光電変換素子)H1〜H7は、製造メーカごとに短波長域の感度に差がある場合がある。   The light receiving elements (photoelectric conversion elements) H1 to H7 may have a difference in sensitivity in a short wavelength region for each manufacturer.

フィルタ(透明フィルタ)F1に紫外線吸収剤を付加する場合、フィルタF1の透過率が50%となる光の波長は、350nm〜400nmの間(紫外線域)とすることが好ましい。したがって、フィルタF1〜F7の透過率が50%となる光の波長は、350nm以上であることが好ましい。   When an ultraviolet absorber is added to the filter (transparent filter) F1, the wavelength of light at which the transmittance of the filter F1 is 50% is preferably between 350 nm and 400 nm (ultraviolet region). Therefore, the wavelength of light at which the transmittance of the filters F1 to F7 is 50% is preferably 350 nm or more.

一方、フィルタ(透明フィルタ)F1に紫外線吸収剤を付加しない場合、フィルタF1を除く他のフィルタF2〜F7の透過率が50%となる光の波長は400nm以上であり、フィルタF1の透過率は光の波長400nm以上で90%以上となることが好ましい。   On the other hand, when no ultraviolet absorber is added to the filter (transparent filter) F1, the wavelength of light at which the transmittance of the other filters F2 to F7 other than the filter F1 is 50% is 400 nm or more, and the transmittance of the filter F1 is It is preferably 90% or more when the wavelength of light is 400 nm or more.

これにより、受光素子H1〜H7の製造メーカの感度差の影響を軽減することができ、青の観測データ値を一定条件で得ることができる。   Thereby, the influence of the sensitivity difference of the light receiving elements H1 to H7 can be reduced, and the blue observation data value can be obtained under a certain condition.

また、人間の視覚感度はおよそ波長400nm〜700nmの間であり、赤の領域の感度を調整し、赤の観測データ値の調整を行うためには、フィルタF1〜F7の透過率が50%となる光の波長を、750nm以下とすることが好ましい。   Further, the human visual sensitivity is approximately between 400 nm and 700 nm, and in order to adjust the sensitivity of the red region and adjust the observation data value of red, the transmittance of the filters F1 to F7 is 50%. The wavelength of the light is preferably 750 nm or less.

以上の検討より、フィルタ(透明フィルタ)F1に紫外線吸収剤を付加する場合、複数のフィルタF1〜F7は、およそ光の波長350nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有し、光の波長がおよそ750nmより長波長側の場合に、光透過率が90%以上となることが好ましい。   From the above examination, when an ultraviolet absorber is added to the filter (transparent filter) F1, the plurality of filters F1 to F7 have a point that the light transmittance becomes 50% in the region of the light wavelength of about 350 nm to 750 nm. When the wavelength of light is longer than about 750 nm, the light transmittance is preferably 90% or more.

また、フィルタ(透明フィルタ)F1に紫外線吸収剤を付加しない場合、フィルタF1を除く複数のフィルタF2〜F7は、およそ光の波長400nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有し、光の波長がおよそ750nmより長波長側の場合に、光透過率が90%以上となり、フィルタF1は、光の波長400nmより長波長側の領域において、光透過率が90%以上となることが好ましい。   Further, when an ultraviolet absorber is not added to the filter (transparent filter) F1, the plurality of filters F2 to F7 excluding the filter F1 have a point at which the light transmittance is 50% in the region of the light wavelength of 400 nm to 750 nm. And the light transmittance is 90% or more when the wavelength of light is longer than about 750 nm, and the filter F1 has a light transmittance of 90% or more in the region longer than the wavelength of light 400 nm. It is preferable to become.

なお、本実施の形態において、フィルタF1〜F7の光入射側には、マイクロレンズが備えられているとしてもよく、フィルタF1とマイクロレンズとは、同一の透明樹脂により形成されるとしてもよい。   In the present embodiment, a microlens may be provided on the light incident side of the filters F1 to F7, and the filter F1 and the microlens may be formed of the same transparent resin.

以上説明したように、異なる波長域で透過率が急激に増加する分光特性の異なるフィルタ(例えばF1〜F7)を適宜選択し、選択したフィルタを受光素子上に配置し、受光素子で得られた観測データに基づく演算を行うことで、赤(R)、緑(G)、青(B)に加え、他のより細かい色成分の観測データ値を求めることができる。   As described above, filters having different spectral characteristics (for example, F1 to F7) whose transmittance rapidly increases in different wavelength regions are appropriately selected, and the selected filters are arranged on the light receiving element, and obtained by the light receiving element. By performing the calculation based on the observation data, observation data values of other finer color components can be obtained in addition to red (R), green (G), and blue (B).

なお、上記各実施の形態に係る補正フィルタを赤顔料とバイオレット顔料とを混合して作成することにより、約660nmの波長で透過率が50%となる補正フィルタを得ることができる。   It should be noted that a correction filter having a transmittance of 50% at a wavelength of about 660 nm can be obtained by preparing the correction filter according to each of the above embodiments by mixing a red pigment and a violet pigment.

また、赤顔料とシアン顔料とを混合して補正フィルタを作成することにより、約740nmの波長で透過率が50%となる補正フィルタを得ることができる。   Further, by creating a correction filter by mixing a red pigment and a cyan pigment, a correction filter having a transmittance of 50% at a wavelength of about 740 nm can be obtained.

本発明の第1の実施の形態に係る撮像素子におけるフィルタの配列状態の一例を示す正面図。FIG. 3 is a front view illustrating an example of an arrangement state of filters in the image sensor according to the first embodiment of the present invention. 第1の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of an image sensor according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the image pick-up element which concerns on 1st Embodiment. 透明フィルタ、黄フィルタ、赤フィルタ、補正フィルタについての分光透過率の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the spectral transmittance about a transparent filter, a yellow filter, a red filter, and a correction filter. 第1の実施の形態に係る撮像素子の演算によって得られる見かけ上の青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタについての分光透過率の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the spectral transmittance about the apparent blue filter, green filter, and red filter obtained by the calculation of the image sensor according to the first embodiment. 従来の撮像素子の実際の分光特性の例を示すグラフ。The graph which shows the example of the actual spectral characteristic of the conventional image pick-up element. 第1の実施の形態に係る撮像素子の補正フィルタの分光特性の一例を示すグラフ。3 is a graph illustrating an example of spectral characteristics of a correction filter of the image sensor according to the first embodiment. 本発明の第2の実施の形態に係る撮像素子におけるフィルタの配列状態の一例を示す正面図。The front view which shows an example of the arrangement state of the filter in the image pick-up element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the image pick-up element which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the image pick-up element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施の形態に係る撮像素子の製造プロセスの第1工程の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the 1st process of the manufacturing process of the image pick-up element which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の製造プロセスの第2工程の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the 2nd process of the manufacturing process of the image pick-up element which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の製造プロセスの第3工程の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the 3rd process of the manufacturing process of the image pick-up element which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の製造プロセスの第4工程の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the 4th process of the manufacturing process of the image pick-up element which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の製造プロセスの第5工程の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the 5th process of the manufacturing process of the image pick-up element which concerns on 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施の形態に係る撮像素子の遮光膜の配置位置の第1例を示す正面図。The front view which shows the 1st example of the arrangement position of the light shielding film of the image pick-up element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 第4の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the image pick-up element which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施の形態に係る撮像素子の遮光膜の配置位置の第2例を示す断面図。Sectional drawing which shows the 2nd example of the arrangement position of the light shielding film of the image pick-up element which concerns on 4th Embodiment. 本発明の第5の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す正面図。The front view which shows an example of the image pick-up element which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 第5の実施の形態に係る撮像素子に備えられているフィルタの光の波長と透過率との関係の例を示すグラフ。The graph which shows the example of the relationship between the wavelength of the light of the filter with which the image sensor which concerns on 5th Embodiment is equipped, and the transmittance | permeability. 人間の視覚感度、受光素子の感度、受光素子の感度に対して好ましい近赤外域カットフィルタの透過率の関係の例を示すグラフ。The graph which shows the example of the relationship of the transmittance | permeability of a preferable near-infrared cut filter with respect to human visual sensitivity, the sensitivity of a light receiving element, and the sensitivity of a light receiving element. 反射型の赤外線カットフィルタと赤外線吸収型の赤外線カットフィルタにおける光の波長と透過率との関係の例を示すグラフ。The graph which shows the example of the relationship between the wavelength of light and the transmittance | permeability in a reflection type infrared cut filter and an infrared absorption type infrared cut filter. 赤、緑、青の3原色のカラーフィルタの分光透過率の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the spectral transmittance of the color filter of three primary colors of red, green, and blue.

符号の説明Explanation of symbols

1,9,11,14,17…撮像素子、2…フィルタ層、2W,10W,12W…透明フィルタ、2Y…黄フィルタ、2R…赤フィルタ、2Blk…補正フィルタ、2V…バイオレットのフィルタ、3W…入射光受光素子3W、3Y…黄受光素子、3R…赤受光素子、3Blk…補正受光素子、4,22…演算部、4B…青演算部,4G…緑演算部、4R…赤演算部、5…半導体基板、6…平坦化層、7…樹脂層、8…マイクロレンズ、13…感光性フェノール樹脂、13a…レンズ母型、15,19…遮光膜、16…膜、18…フィルタ、20…電極部、21…撮像素子、H1〜H7…受光素子、F1〜F7…フィルタ   1,9,11,14,17 ... image sensor, 2 ... filter layer, 2W, 10W, 12W ... transparent filter, 2Y ... yellow filter, 2R ... red filter, 2Blk ... correction filter, 2V ... violet filter, 3W ... Incident light receiving element 3W, 3Y ... yellow light receiving element, 3R ... red light receiving element, 3Blk ... corrected light receiving element, 4, 22 ... calculating unit, 4B ... blue calculating unit, 4G ... green calculating unit, 4R ... red calculating unit, 5 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Semiconductor substrate, 6 ... Planarization layer, 7 ... Resin layer, 8 ... Microlens, 13 ... Photosensitive phenol resin, 13a ... Lens matrix, 15, 19 ... Light-shielding film, 16 ... Film, 18 ... Filter, 20 ... Electrode part, 21 ... imaging device, H1-H7 ... light receiving device, F1-F7 ... filter

Claims (18)

入射光のうち特定の色成分の抽出に用いられるフィルタと、前記入射光を前記フィルタ経由で観測する受光素子とを具備する撮像素子において、
前記フィルタは、
透明フィルタと、
黄成分の抽出に用いられる黄フィルタと、
赤成分の抽出に用いられる赤フィルタと、
可視光波長域において透過抑制特性を有し、可視光波長域より長波長側において透過特性を有する補正フィルタと
を含み、
前記黄フィルタと前記赤フィルタと前記補正フィルタとを被覆する透明平坦化層をさらに具備し、
前記透明フィルタ前記透明平坦化層とが一体に形成され
前記透明フィルタは、紫外線吸収剤を含み、可視光波長域より短波長側の波長域の光を吸収する紫外線吸収機能を有し、
前記黄フィルタと前記赤フィルタと前記補正フィルタとは、それぞれ、光透過率が異なる波長で立ち上がる特性を持ち、立ち上がり部の波長より短波長側の光について透過抑制特性を持ち、前記立ち上がり部の波長より長波長側の光について透過特性を持つ、
ことを特徴とする撮像素子。
In an imaging device comprising a filter used to extract a specific color component of incident light and a light receiving element that observes the incident light via the filter,
The filter is
A transparent filter,
A yellow filter used to extract the yellow component;
A red filter used to extract the red component;
A correction filter having transmission suppression characteristics in the visible light wavelength range, and having a transmission characteristic on the longer wavelength side than the visible light wavelength range,
Further comprising a transparent flattening layer covering the yellow filter, the red filter, and the correction filter;
The transparent filter and the transparent planarization layer are integrally formed ,
The transparent filter includes an ultraviolet absorber, and has an ultraviolet absorption function of absorbing light in a wavelength region shorter than the visible light wavelength region,
Each of the yellow filter, the red filter, and the correction filter has a characteristic that the light transmittance rises at a different wavelength, has a transmission suppression characteristic for light on a shorter wavelength side than the wavelength of the rising part, and has a wavelength of the rising part Has transmission characteristics for light on longer wavelengths,
An image sensor characterized by the above.
前記受光素子は、
前記入射光を前記透明フィルタ経由で観測する入射光受光素子と、
前記入射光を前記黄フィルタ経由で観測する黄受光素子と、
前記入射光を前記赤フィルタ経由で観測する赤受光素子と、
前記入射光を前記補正フィルタ経由で観測する補正受光素子と
を含み、
前記入射光受光素子で観測された観測結果から、前記黄受光素子で観測された観測結果を引き算し、青の観測結果を求める演算手段と、
前記黄受光素子で観測された観測結果から、前記赤受光素子で観測された観測結果を引き算し、緑の観測結果を求める演算手段と、
前記赤受光素子で観測された観測結果から、前記補正受光素子で観測された観測結果を引き算し、補正された赤の観測結果を求める演算手段と
をさらに具備する請求項1記載の撮像素子。
The light receiving element is
An incident light receiving element for observing the incident light via the transparent filter;
A yellow light receiving element for observing the incident light via the yellow filter;
A red light receiving element for observing the incident light via the red filter;
A correction light receiving element for observing the incident light via the correction filter,
Subtracting the observation result observed by the yellow light receiving element from the observation result observed by the incident light receiving element, and calculating means for obtaining the blue observation result;
Subtracting the observation result observed by the red light receiving element from the observation result observed by the yellow light receiving element, and calculating means for obtaining a green observation result;
The imaging device according to claim 1 , further comprising: an arithmetic unit that subtracts the observation result observed with the correction light receiving element from the observation result observed with the red light receiving element to obtain a corrected red observation result.
前記補正フィルタは、可視光波長域より長波長側で前記赤フィルタとほぼ同レベルの透過特性を持つことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。 3. The image sensor according to claim 1 , wherein the correction filter has substantially the same level of transmission characteristics as the red filter on the longer wavelength side than the visible light wavelength range. 4. 前記補正フィルタの光透過率と前記赤フィルタの光透過率との差は、およそ光の波長400nm〜550nmの領域、及び750nmより長波長域において、およそ5%の範囲内であり、
前記補正フィルタは、およそ光の波長630nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の撮像素子。
The difference between the light transmittance of the correction filter and the light transmittance of the red filter is in the range of approximately 5% in the light wavelength region of 400 nm to 550 nm and in the wavelength region longer than 750 nm,
4. The image pickup device according to claim 1 , wherein the correction filter has a point at which the light transmittance is 50% in a region of a light wavelength of about 630 nm to 750 nm. 5.
前記補正フィルタは、有機顔料を分散させた着色感光性樹脂で形成され、
前記有機顔料は、C.I.Pigment Violet 23と、C.I.Pigment Red 177と、C.I.Pigment Red 48:1と、C.I.Pigment Yellow 139とを混合したものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の撮像素子。
The correction filter is formed of a colored photosensitive resin in which an organic pigment is dispersed,
The organic pigment is C.I. I. Pigment Violet 23 and C.I. I. Pigment Red 177 and C.I. I. Pigment Red 48: 1 and C.I. I. The imaging device according to claim 1, wherein the image sensor is a mixture of Pigment Yellow 139.
前記補正フィルタは、複数色の光学的重畳により形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 1 , wherein the correction filter is formed by optical superimposition of a plurality of colors. 前記補正フィルタは、バイオレットと赤の2色の光学的重畳により形成されていることを特徴とする請求項6記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 6, wherein the correction filter is formed by optical superimposition of two colors of violet and red. 前記補正フィルタは、シアンと赤の2色の光学的重畳により形成されていることを特徴とする請求項6記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 6, wherein the correction filter is formed by optical superimposition of two colors of cyan and red. 前記補正フィルタは、複数のフィルタを積層して形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 1 , wherein the correction filter is formed by stacking a plurality of filters. 前記透明フィルタと、前記黄フィルタと、前記赤フィルタと、前記補正フィルタとを、マス目状に隣接配列して面を形成し、色分離の一単位を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の撮像素子。   2. The transparent filter, the yellow filter, the red filter, and the correction filter are arranged adjacent to each other in a grid pattern to form a surface, thereby forming a unit of color separation. The imaging device according to claim 9. 前記入射光のうち前記受光素子に入射する光を除く他の光の反射及び透過を抑制するための遮光膜をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の撮像素子。 11. The light-shielding film according to claim 1 , further comprising a light-shielding film for suppressing reflection and transmission of light other than light incident on the light receiving element among the incident light. Image sensor. 前記受光素子を配置する基板を具備し、
前記遮光膜は、前記基板の前記入射光の入射側であり、前記受光素子に前記入射光を入射させる領域を除く他の領域に設けられる
ことを特徴とする請求項11記載の撮像素子。
Comprising a substrate on which the light receiving element is disposed;
The imaging device according to claim 11 , wherein the light shielding film is provided on an incident side of the incident light of the substrate, and is provided in a region other than a region where the incident light is incident on the light receiving device.
前記遮光膜として、前記補正フィルタを用いることを特徴とする請求項11又は請求項12記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 11 , wherein the correction filter is used as the light shielding film. 前記遮光膜に対して近赤外線吸収機能と紫外線吸収機能とのうちの少なくとも一方を持つ膜を積層したことを特徴とする請求項11乃至請求項13のいずれか1項記載の撮像素子。 The imaging device according to claim 11 , wherein a film having at least one of a near infrared absorption function and an ultraviolet absorption function is laminated on the light shielding film. それぞれ光透過率が異なる波長で立ち上がる特性を持ち、立ち上がり部の波長より短波
長側の光について透過抑制特性を持ち、前記立ち上がり部の波長より長波長側の光について透過特性を持つ複数のフィルタと、
前記複数のフィルタのそれぞれに対応し、前記複数のフィルタ経由で入射光を受光する複数の光電変換素子と、
前記複数のフィルタ経由で観測された前記複数の光電変換素子の観測データ値のうち、任意の2つのフィルタ経由で観測された観測データ値に基づいて引き算処理を実行し、前記任意の2つのフィルタのペアに対応する波長域の光の観測データ値を求める演算手段とを具備し、
前記複数のフィルタは、透明フィルタを含み、
前記複数のフィルタのうち前記透明フィルタを除く他のフィルタを被覆する透明平坦化層をさらに具備し、
前記透明フィルタ前記透明平坦化層とが一体に形成され
前記透明フィルタは、紫外線吸収剤を含み、可視光波長域より短波長側の波長域の光を吸収する紫外線吸収機能を有する、
ことを特徴とする撮像素子。
A plurality of filters each having a characteristic that light transmittance rises at a different wavelength, a light transmission suppression characteristic for light on a shorter wavelength side than the rising part wavelength, and a transmission characteristic for light on a longer wavelength side than the rising part wavelength; ,
A plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each of the plurality of filters and receiving incident light via the plurality of filters;
A subtraction process is executed based on observed data values observed via any two filters among the observed data values of the plurality of photoelectric conversion elements observed via the plurality of filters, and the arbitrary two filters Computing means for obtaining observation data values of light in the wavelength region corresponding to the pair of
The plurality of filters include a transparent filter;
Further comprising a transparent flattening layer that covers other filters of the plurality of filters excluding the transparent filter;
The transparent filter and the transparent planarization layer are integrally formed ,
The transparent filter includes an ultraviolet absorber and has an ultraviolet absorption function of absorbing light in a wavelength region shorter than the visible light wavelength region.
An image sensor characterized by the above.
前記複数のフィルタのうち光の透過率が最も長波長側で立ち上がる特性を持つフィルタは、可視光波長域において透過抑制特性を有し、可視光波長域より長波長側において透過特性を有する補正フィルタであることを特徴とする請求項15記載の撮像素子。 The filter having the characteristic that the light transmittance rises on the longest wavelength side among the plurality of filters has a transmission suppression characteristic in the visible light wavelength range, and a correction filter having a transmission characteristic on the longer wavelength side than the visible light wavelength range The image pickup device according to claim 15, wherein 前記複数のフィルタのうち前記透明フィルタ及び前記補正フィルタを除く他のフィルタは、およそ光の波長350nm〜750nmの領域において、光透過率が50%となるポイントを有し、光の波長がおよそ750nmより長波長側の場合に、光透過率が90%以上となることを特徴とする請求項16記載の撮像素子。 Among the plurality of filters, the filters other than the transparent filter and the correction filter have a point where the light transmittance is 50% in the region of the light wavelength of about 350 nm to 750 nm, and the light wavelength is about 750 nm. The image sensor according to claim 16 , wherein the light transmittance is 90% or more in the case of a longer wavelength side. 前記補正フィルタは、有機顔料を分散させた着色感光性樹脂で形成され、The correction filter is formed of a colored photosensitive resin in which an organic pigment is dispersed,
前記有機顔料は、C.I.Pigment Violet 23と、C.I.Pigment Red 177と、C.I.Pigment Red 48:1と、C.I.Pigment Yellow 139とを混合したものであることを特徴とする請求項16又は請求項17記載の撮像素子。The organic pigment is C.I. I. Pigment Violet 23 and C.I. I. Pigment Red 177 and C.I. I. Pigment Red 48: 1 and C.I. I. The image pickup device according to claim 16 or 17, which is a mixture of Pigment Yellow 139.
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