KR101387182B1 - 촬상 소자 및 내시경 장치 - Google Patents

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Abstract

촬상 소자는, 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 기판내 광전 변환 소자들; 반도체 기판 상방의 동일 평면 상에 형성되고 각각이 기판내 광전 변환 소자들의 적어도 일부의 각각에 대응하고, 반도체 기판 상방에 형성된 제 1 전극, 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환 층, 및 광전 변환 층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 기판상 광전 변환 소자들; 반도체 기판 상방에 형성되고, 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 층; 및 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 및 기판내 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호를 각각 판독하는 신호 판독부를 포함한다.
Figure R1020070098394
촬상 소자, 내시경 장치, 광전 변환 소자, 컬러 필터

Description

촬상 소자 및 내시경 장치{IMAGING DEVICE AND ENDOSCOPIC APPARATUS}
본 발명은 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 많은 수의 광전 변환 소자들을 갖는 촬상 소자에 관한 것이다.
촬상 소자로서 CCD 타입 또는 CMOS 타입의 화상 센서를 포함하는 내시경 장치가 이미 의학 분야에서 종종 사용되었다. 내시경 장치는 크게, 섬유를 통해 대상물을 조명하는 광원 앞에서 R (적), G (녹), B (청), 및 IR (적외선) 파장 범위의 광들을 투과시키는 필터를 촬상 소자의 필드 주파수와 동기적으로 스위칭하기 위해 단색 촬상을 수행할 수 있는 촬상 소자를 이용하는 프레임 순차 촬상 방법과 (예를 들어, 일본 특허 제 2648494 호), 조명 광원으로서 백색광을 갖는 R, G, 및 B 의 파장 범위들의 광들을 투과시키는 컬러 필터를 탑재하는 단일 플레이트 타입의 촬상 소자를 이용하여 화상을 픽업하는 동시 촬상 방법으로 나누어진다.
프레임 순차 촬상 방법은 광원 앞에서 상이한 분광 투과율을 갖는 복수의 필터들을 회전시키고, 상이한 파장들을 갖는 광들로 조명되는 복수의 화상들을 픽업하고, 그 다음, 컬러 화상을 합성한다. 이 때문에, 예를 들어, 광원 앞에서 스위칭되는 필터의 RGB 투과 필터를 이용하여 하나의 픽셀 데이터에 RGB 의 3 가지 컬러들에 관한 정보를 갖는 RGB 컬러 화상을 얻는 것이 가능하다. 피 속의 헤모글로빈으로 흡수되기 쉽고 협대역들을 갖는 2 개의 파장들을 갖는 IR 필터를 순차적으로 스위칭함으로써, 하나의 픽셀 데이터가 적외선 영역의 정보만을 갖도록 하는 적외 화상 데이터를 얻는 것이 가능하다. RGB 컬러 화상 데이터에 기초한 화상에 따라, 검사 목표가 되는 부분의 외관을 시각적으로 확인하는 것이 가능하다. 적외 화상 데이터에 기초한 화상에 따라, 검사 목표가 되는 부분의 점막 피질의 모세 혈관과 점막 정밀 패턴에 관한 정보를 시각적으로 확인하는 것이 가능하다. 프레임 순차 촬상에서, 움직이는 대상물에 대해 컬러 시프트가 발생하여 화상 교란 (image disturbance) 이 야기된다.
한편, 동시 촬상 방법은 촬상에 의해 RGB 컬러 화상을 얻고, 그 다음 그 RGB 컬러 화상 데이터에 대해 화상 프로세싱을 수행하여, 적외 화상 데이터를 생성한다. 본 방법에 따르면, 움직이는 대상물에 대해 컬러 시프트가 발생하지 않는다. 하지만, 적외 화상 데이터의 정보의 정확성이 낮다는 문제점이 있다.
내시경 장치에서, 하나의 픽셀 데이터가 R, G, 및 B 의 3 가지 컬러들에 관한 정보를 갖도록 하는 RGB 컬러 화상 데이터와, 하나의 픽셀 데이터가 적외선 영역의 정보만을 갖도록 하는 적외 화상 데이터가 고 정확도의 한 번의 촬상에 의해 얻어지는 것이 바람직하다. 하지만, 관련 기술 분야에서 고 정확도의 한 번의 촬상에 의해 RGB 컬러 화상 데이터와 적외 화상 데이터를 얻는 방법이 제안되지 않았었다.
이러한 점을 고려하여, 한 번의 촬상에 의해 복수의 종류의 화상 데이터 (예를 들어, RGB 컬러 화상 데이터와 적외 화상 데이터) 를 얻을 수 있는 촬상 소자를 제공하는 것에 본 발명의 목적이 있다.
(1) 반도체 기판; 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 복수의 기판내 광전 변환 소자들; 반도체 기판 상방의 동일 평면 상에 형성된 복수의 기판상 광전 변환 소자들로서, 이들 각각은 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 적어도 일부의 각각에 대응하고, 반도체 기판 상방에 형성된 제 1 전극, 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환 층, 및 광전 변환 층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 상기 복수의 기판상 광전 변환 소자들; 반도체 기판 상방에 형성되고, 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 층; 및 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 및 기판내 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호를 각각 판독하는 신호 판독부를 포함하는, 촬상 소자.
(2) 제 (1) 항에 있어서, 컬러 필터 층은 복수의 기판내 광전 변환 소자들에 각각 대응하는 복수의 컬러 필터들을 포함하고, 복수의 컬러 필터는 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 복수의 타입의 컬러 필터들을 포함하는, 촬상 소자.
(3) 제 (2) 항에 있어서, 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광 을 투과시키는 3 가지 타입의 컬러 필터들을 포함하는, 촬상 소자.
(4) 제 (2) 항에 있어서, 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들을 포함하고, 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들은 가시 영역의 광의 일부를 각각 투과시키고, 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 하나 이상은 또한 적외선 영역의 광을 투과시키며, 광전 변환 층은 적외선 영역의 광을 흡수하고 거기에 대응하는 전하를 생성하며, 적외선 영역의 광 이외의 광을 투과시키는, 촬상 소자.
(5) 제 (4) 항에 있어서, 복수의 컬러 필터들은, R (적) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, G (녹) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 B (청) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하는, 촬상 소자.
(6) 제 (5) 항에 있어서, R 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터는 적외선 영역의 광을 또한 투과시키고, 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 일부는 R 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터에 대응하는, 촬상 소자.
(7) 제 (4) 항에 있어서, 복수의 컬러 필터들은 Cy (시안) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, G (녹) 의 파장 범위의 광 또는 Mg (마젠타) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 Ye (옐로우) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하는, 촬상 소자.
(8) 제 (2) 항에 있어서, 컬러 필터 층은 복수의 기판내 광전 변환 소자들에 각각 대응하는 복수의 컬러 필터들을 포함하고, 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들을 포함하며, 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 하나는 적외선 영역의 광을 투과시키고, 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 나머지는 가시 영역의 광의 일부를 각각 투과시키며, 광전 변환 층은 가시 영역의 일부의 광을 흡수하고 거기에 대응하는 전하를 생성하며, 나머지 광은 투과시키는, 촬상 소자.
(9) 제 (8) 항에 있어서, 복수의 컬러 필터들은 Cy (시안) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 적외선 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 Ye (옐로우) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하고, 광전 변환 층은 G (녹) 의 파장 범위의 광을 흡수하는, 촬상 소자.
(10) 제 (9) 항에 있어서, 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 일부는 Cy 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 또는 Ye 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터에 대응하는, 촬상 소자.
(11) 제 (1) 항 내지 제 (10) 항 중 어느 한 항에 있어서, 컬러 필터는 기판상 광전 변환 소자 위에 형성되는, 촬상 소자.
(12) 제 (11) 항에 있어서, 기판상 광전 변환 소자와 컬러 필터 층 사이에 제공되고, ALCVD 방법에 의해 형성되는 기판상 광전 변환 소자를 보호하는, 보호 층을 추가로 포함하고, 광전 변환 층은 유기 재료를 포함하는, 촬상 소자.
(13) 제 (12) 항에 있어서, 보호 층은 무기 재료를 포함하는, 촬상 소자.
(14) 제 (13) 항에 있어서, 보호 층은, 무기 재료를 포함하는 무기 층 및 유기 폴리머를 포함하는 유기 층을 포함하는 2-층 구조를 갖는, 촬상 소자.
(15) 제 (1) 항 내지 제 (14) 항 중 어느 한 항에 있어서, 컬러 필터 층 상 방에 제공되고, 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 각각으로 광을 수집하는, 마이크로렌즈를 추가로 포함하는, 촬상 소자.
(16) 제 (1) 항 내지 제 (15) 항 중 어느 한 항에 기재된 촬상 소자, 및 검사 목표가 시각적으로 보이는 시간에 대응하는 화상 데이터 및 검사 목표의 내부 변화가 촬상 소자를 통해 화상을 픽업하여 얻어진 신호로부터 보일 수 있도록 함으로써 얻어진 화상 데이터를 생성하는 화상 데이터 생성부를 포함하는, 내시경 장치.
삭제
본 발명에 따르면, 한 번의 촬상으로 복수의 종류의 화상 데이터 (예를 들어, RGB 컬러 화상 데이터 및 적외 화상 데이터) 를 획득하는 것이 가능한 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태들을 도면을 참조하여 설명할 것이다.
(제 1 실시형태)
도 1 은 본 발명에 따른 실시형태들을 설명하기 위한 촬상 소자의 일부 면을 나타내는 도면이다. 도 2 는 도 1 에 나타낸 촬상 소자를 A-A 라인을 따라 나타낸 단면도이다. 도 1 에서, 마이크로렌즈 (14) 는 나타내지 않았다.
p-웰 층 (2) 은 n-타입 실리콘 기판 (1) 상에 형성된다. n-타입 실리콘 기판 (1) 과 p-웰 층 (2) 양자 모두를 이하 반도체 기판이라 부를 것이다. 반도체 기판 상방의 동일 평면 상의 행 방향과 거기에 직교하는 열 방향으로, 많은 수의 3 가지 타입의 컬러 필터들, 즉, R 의 파장 범위의 광을 주로 투과시키는 컬러 필터들 (13r), G 의 파장 범위의 광을 주로 투과시키는 컬러 필터들 (13g), 및 B 의 파장 범위의 광을 주로 투과시키는 컬러 필터들 (13b) 이 각각 배열되어 있다.
주지의 재료가 컬러 필터 (13r) 에 대해 사용될 수 있다. 이 재료는 R 의 파장 범위의 광에 추가하여 적외선 영역의 광의 일부를 투과시킨다. 주지의 재료가 컬러 필터 (13g) 에 대해 사용될 수 있다. 이 재료는 G 의 파장 범위의 광에 추가하여 적외선 영역의 광의 일부를 투과시킨다. 주지의 재료가 컬러 필터 (13b) 에 대해 사용될 수 있다. 이 재료는 B 의 파장 범위의 광에 추가하여 적외선 영역의 광의 일부를 투과시킨다.
컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 의 어레이에 대해, 주지의 단일 플레이트 타입의 고체 촬상 소자에 사용되는 컬러 필러 어레이 (베이어 어레이, 행 줄무늬 또는 열 줄무늬) 를 채용하는 것이 가능하다.
n-타입 불순물 영역 (이하, n 영역이라 한다) (3r) 은 컬러 필터 (13r) 아래의 p-웰 층 (2) 내에서 컬러 필터 (13r) 에 대응하여 형성되고, 컬러 필터 (13r) 에 대응하는 R 광전 변환 소자는 n 영역 (3r) 과 p-웰 층 (2) 의 pn 접합에 의해 구성된다.
n 영역 (3g) 은 컬러 필터 (13g) 아래의 p-웰 층 (2) 내에서 컬러 필터 (13g) 에 대응하여 형성되고, 컬러 필터 (13g) 에 대응하는 G 광전 변환 소자는 n 영역 (3g) 과 p-웰 층 (2) 의 pn 접합에 의해 구성된다.
n 영역 (3b) 은 컬러 필터 (13b) 아래의 p-웰 층 (2) 내에서 컬러 필터 (13b) 에 대응하여 형성되고, 컬러 필터 (13b) 에 대응하는 B 광전 변환 소자는 n 영역 (3b) 과 p-웰 층 (2) 의 pn 접합에 의해 구성된다.
투명 전극 (7r) 은 n 영역 (3r) 상방에 형성되고, 투명 전극 (7g) 은 n 영역 (3g) 상방에 형성되며, 투명 전극 (7b) 은 n 영역 (3b) 상방에 형성된다. 투명 전극 (7r, 7g, 및 7b) 은 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 에 대응하여 각각 나누어진다. 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 은 가시광과 적외선 광에 대해 각각 투명한 재료로 이루어지고, 예를 들어, ITO 와 IZO 가 사용될 수 있다. 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 은 절연층 (8) 에 각각 묻힌다.
580nm 이상의 파장을 갖는 적외선 영역의 광을 주로 흡수하고, 거기에 대응하여 전하를 발생시키며, 적외선 영역 외의 가시 영역 (대략 380nm 내지 580nm 의 파장) 의 광을 투과시키고, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 에 대해 공통적인, 1-시트 구조를 갖는, 광전 변환 층 (9) 은 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 의 각각 상에 형성된다. 광전 변환 층 (9) 을 이루는 재료로는, 예를 들어, 프탈로시아닌계 유기 재료 또는 나프탈로시아닌계 유기 물질이 사용된다.
각각의 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 에 대해 공통적인, 1-시트 구조를 갖는 투명 전극 (10) 은 광전 변환 층 (9) 상에 형성된다. 투명 전극 (10) 은 가시광과 적외선 광에 대해 투명한 재료로 이루어지고, 예를 들어, ITO 와 IZO 가 사용될 수 있다.
투명 전극 (7r), 거기에 대향하는 투명 전극 (10) 및 그 사이에 삽입된 광전 변환 층 (9) 의 일부에 의해, 컬러 필터 (13r) 에 대응하는 광전 변환 소자가 형성 된다. 이 광전 변환 소자는 반도체 기판 상에 형성되기 때문에 이하 R 기판상 광전 변환 소자라 부른다.
투명 전극 (7g), 거기에 대향하는 투명 전극 (10) 및 그 사이에 삽입된 광전 변환 층 (9) 의 일부에 의해, 컬러 필터 (13g) 에 대응하는 광전 변환 소자가 형성된다. 이 광전 변환 소자는 이하 G 기판상 광전 변환 소자라 부른다.
투명 전극 (7b), 거기에 대향하는 투명 전극 (10) 및 그 사이에 삽입된 광전 변환 층 (9) 의 일부에 의해, 컬러 필터 (13b) 에 대응하는 광전 변환 소자가 형성된다. 이 광전 변환 소자는 이하 B 기판상 광전 변환 소자라 부른다.
R 기판상 광전 변환 소자의 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하를 저장하는, 고 농도를 갖는, n-타입 불순물 영역 (이하 n+ 영역이라 한다) (4r) 이 p-웰 층 (2) 의 n 영역 (3r) 에 인접하여 형성된다. 광이 n+ 영역 (4r) 에 입사하는 것을 방지하기 위해, n+ 영역 (4r) 상에 보호 필름을 제공하는 것이 바람직하다.
G 기판상 광전 변환 소자의 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하를 저장하는 n+ 영역 (4g) 이 p-웰 층 (2) 의 n 영역 (3g) 에 인접하여 형성된다. 광이 n+ 영역 (4g) 에 입사하는 것을 방지하기 위해, n+ 영역 (4g) 상에 보호 필름을 제공하는 것이 바람직하다.
B 기판상 광전 변환 소자의 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하를 저장하는 n+ 영역 (4b) 이 p-웰 층 (2) 의 n 영역 (3b) 에 인접하여 형성된다. 광이 n+ 영역 (4b) 에 입사하는 것을 방지하기 위해, n+ 영역 (4b) 상에 보호 필름을 제공하는 것이 바람직하다.
알루미늄과 같은 금속으로 형성된 접촉부 (6r) 가 n+ 영역 (4r) 상에 제공되고, 투명 전극 (7r) 이 접촉부 (6r) 상에 형성되며, n+ 영역 (4r) 및 투명 전극 (7r) 이 접촉부 (6r) 를 통해 서로 전기적으로 접속된다. 접촉부 (6r) 는 가시광과 적외선 광에 대해 투명한 절연층 (5) 에 묻힌다.
알루미늄과 같은 금속으로 형성된 접촉부 (6g) 가 n+ 영역 (4g) 상에 제공되고, 투명 전극 (7g) 이 접촉부 (6g) 상에 형성되며, n+ 영역 (4g) 및 투명 전극 (7g) 이 접촉부 (6g) 를 통해 서로 전기적으로 접속된다. 접촉부 (6g) 는 절연층 (5) 에 묻힌다.
알루미늄과 같은 금속으로 형성된 접촉부 (6b) 가 n+ 영역 (4b) 상에 제공되고, 투명 전극 (7b) 이 접촉부 (6b) 상에 형성되며, n+ 영역 (4b) 및 투명 전극 (7b) 이 접촉부 (6b) 를 통해 서로 전기적으로 접속된다. 접촉부 (6b) 는 절연층 (5) 에 묻힌다.
R 광전 변환 소자에서 발생되고, n 영역 (3r) 및 n+ 영역 (4r) 에 각각 저장된 전하에 대응하는 신호들을 판독하는 신호 판독부 (5r), G 광전 변환 소자에서 발생되고, n 영역 (3g) 및 n+ 영역 (4g) 에 각각 저장된 전하에 대응하는 신호들을 판독하는 신호 판독부 (5g), 및 B 광전 변환 소자에서 발생되고, n 영역 (3b) 및 n+ 영역 (4b) 에 각각 저장된 전하에 대응하는 신호들을 판독하는 신호 판독부 (5b) 가 p-웰 층 (2) 의 n 영역들 (3r, 3g, 및 3b) 과 n+ 영역들 (4r, 4g, 및 4b) 이외의 영역들에 형성된다. 신호 판독부들 (5r, 5g, 및 5b) 은 CCD 또는 MOS 회로를 이용하는 주지의 구조를 각각 채용할 수 있다. 광이 신호 판독부들 (5r, 5g, 및 5b) 상으로 입사하는 것을 방지하기 위해, 신호 판독부들 (5r, 5g, 및 5b) 상에 보호 필름을 제공하는 것이 바람직하다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 신호 판독부 (5r) 의 구조의 구체적인 예를 나타내는 도면이다. 도 3 에서는, 도 1 및 도 2 의 것과 동일한 구조들은 동일한 참조 부호들을 갖는다. 신호 판독부들 (5r, 5g, 및 5b) 의 구조는 서로 일치하기 때문에, 신호 판독부들 (5g 및 5b) 의 설명은 생략할 것이다.
신호 판독부 (5r) 는, n+ 영역 (4r) 에 접속된 드레인과 전원 (Vn) 에 접속된 소스를 갖는 리셋 트랜지스터 (43), 리셋 트랜지스터 (43) 의 드레인에 접속된 게이트와 전원 (Vcc) 에 접속된 소스를 갖는 출력 트랜지스터 (42), 출력 트랜지스터 (42) 의 드레인에 접속된 소스와 신호 출력 라인 (45) 에 접속된 드레인을 갖는 행 선택 트랜지스터 (41), n 영역 (3r) 에 접속된 드레인과 전원 (Vn) 에 접속된 소스를 갖는 리셋 트랜지스터 (46), 리셋 트랜지스터 (46) 의 드레인에 접속된 게이트와 전원 (Vcc) 에 접속된 소스를 갖는 출력 트랜지스터 (47), 및 출력 트랜지스터 (47) 의 드레인에 접속된 소스와 신호 출력 라인 (49) 에 접속된 드레인을 갖는 행 선택 트랜지스터 (48) 를 포함한다.
바이어스 전압이 투명 전극 (7r) 과 투명 전극 (10) 사이에 인가될 때, 전하는 광전 변환 층 (9) 상에 입사하는 광에 대응하여 발생되고, 투명 전극 (7r) 을 통하여 n+ 영역 (4r) 으로 이동한다. n+ 영역 (4r) 에 저장된 전하는 출력 트랜지스터 (42) 를 통하여 전하의 양에 대응하는 신호로 변환된다. 행 선택 트랜지스터 (41) 가 턴 온될 때, 신호는 신호 출력 라인 (45) 으로 출력된다. 신 호가 출력된 후에, n+ 영역 (4r) 의 전하는 리셋 트랜지스터 (43) 에 의해 리셋된다.
R 광전 변환 소자에서 발생되고 n 영역 (3r) 에 저장된 전하는 출력 트랜지스터 (47) 를 통해 전하의 양에 대응하는 신호로 변환된다. 행 선택 트랜지스터 (48) 가 턴 온될 때, 신호는 신호 출력 라인 (49) 으로 출력된다. 신호가 출력된 후에, n 영역 (3r) 의 전하는 리셋 트랜지스터 (46) 에 의해 리셋된다.
따라서, 신호 판독부 (5r) 는 3 개의 트랜지스터를 포함하는 주지의 MOS 회로에 의해 구성될 수 있다.
도 2 로 돌아가서, 기판상 광전 변환 소자를 보호하는 2-층 구조를 갖는 보호 층들 (11 및 12) 이 광전 변환 층 (9) 상에 형성되고, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 은 보호 층 (12) 상에 형성되며, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 의 각각에 대응하는 n 영역들 (3r, 3g, 및 3b) 의 각각으로의 광을 수집하는 마이크로렌즈 (14) 가 그 상방에 형성된다.
촬상 소자 (100) 는 광전 변환 층 (9) 을 형성하고, 그 다음, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 과 마이크로렌즈 (14) 를 형성함으로써 제조된다. 하지만, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 과 마이크로렌즈 (14) 는 포토리소그래피 단계 및 베이킹 단계를 포함한다. 유기 재료가 광전 변환 층 (9) 으로서 사용되는 경우에, 광전 변환 층 (9) 이 노출된 상태에서 포토리소그래피 단계 및 베이킹 단계가 수행될 때, 광전 변환 층 (9) 의 특성이 열화된다. 촬상 소자 (100) 에서, 제조 프로세스로 인해 광전 변환 층 (9) 의 특성이 열화되는 것을 방지하기 위해 보호 층들 (11 및 12) 이 제공된다.
보호 층 (11) 은 ALCVD 방법을 통해 무기 재료로 형성된 무기 층인 것이 바람직하다. ALCVD 방법은 원자 층 CVD 방법이고, 광전 변환 층 (9) 에 대해 효과적인 보호 층이 될 수 있는 밀도가 높은 무기 층을 형성할 수 있다. ALCVD 방법은 또한, ALE 방법 또는 ALD 방법으로 알려져 있다. ALCVD 방법에 의해 형성된 무기 층은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO, HfO2, 또는 Ta2O5 로 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 Al2O3 또는 SiO2 로, 가장 바람직하게는 Al2O3 로 형성된다.
광전 변환 층 (9) 의 보호 성능을 더욱 크게 향상시키기 위해 보호 층 (11) 상에 보호 층 (12) 이 형성되고, 유기 폴리머로 형성되는 유기 층인 것이 바람직하다. 유기 폴리머로는, 파릴렌이 바람직하고, 파릴렌 C 가 더욱 바람직하다. 보호 층 (12) 은 생략될 수도 있고, 또한, 보호 층들 (11 및 12) 의 배열은 반전될 수도 있다. 도 2 에 나타낸 구조에 의해, 광전 변환 층 (9) 의 보호 효과는 특히 높다.
전술한 구조를 갖는 촬상 소자 (100) 에서, 컬러 필터 (13r) 를 통해 투과된 임의의 입사 광들의 적외선 영역의 광은 광전 변환 층 (9) 으로 흡수되고, 적외선 영역의 광에 대응하는 전하가 거기에서 생성된다. 유사하게, 컬러 필터 (13g) 를 통해 투과된 임의의 입사광들의 적외선 영역의 광은 광전 변환 층 (9) 으로 흡수되고, 적외선 영역의 광에 대응하는 전하가 거기에서 생성된다. 유사하게, 컬러 필터 (13b) 를 통해 투과된 임의의 입사광들의 적외선 영역의 광은 광전 변환 층 (9) 으로 흡수되고, 적외선 영역의 광에 대응하는 전하가 거기에서 생성된다.
소정의 전압이 투명 전극 (7r) 과 투명 전극 (10) 에 인가될 때, R 기판상 광전 변환 소자를 구성하는 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하는 투명 전극 (7r) 과 접촉부 (6r) 를 통해 n+ 영역 (4r) 으로 이동하고, 거기에 저장된다. n+ 영역 (4r) 저장된 전하에 대응하는 신호는 신호 판독부 (5r) 에 의해 판독되고, 촬상 소자 (100) 의 외부로 출력된다.
소정의 바이어스 전압이 투명 전극 (7g) 과 투명 전극 (10) 에 인가될 때, 유사하게, G 기판상 광전 변환 소자를 구성하는 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하는 투명 전극 (7g) 과 접촉부 (6g) 를 통해 n+ 영역 (4g) 으로 이동하고, 거기에 저장된다. n+ 영역 (4g) 저장된 전하에 대응하는 신호는 신호 판독부 (5g) 에 의해 판독되고, 촬상 소자 (100) 의 외부로 출력된다.
소정의 바이어스 전압이 투명 전극 (7b) 과 투명 전극 (10) 에 인가될 때, 유사하게, B 기판상 광전 변환 소자를 구성하는 광전 변환 층 (9) 에서 발생된 전하는 투명 전극 (7b) 과 접촉부 (6b) 를 통해 n+ 영역 (4b) 으로 이동하고, 거기에 저장된다. n+ 영역 (4b) 저장된 전하에 대응하는 신호는 신호 판독부 (5b) 에 의해 판독되고, 촬상 소자 (100) 의 외부로 출력된다.
또한, 컬러 필터 (13r) 를 통해 투과된 다음, 광전 변환 층 (9) 을 통해 투과된 R 의 파장 범위의 광은 R 광전 변환 소자 상에 입사하고, 입사 광의 양에 대응하는 전하가 n 영역 (3r) 에 저장된다. 유사하게, 컬러 필터 (13g) 를 통해 투과된 다음, 광전 변환 층 (9) 을 통해 투과된 G 의 파장 범위의 광은 G 광전 변환 소자 상에 입사하고, 입사 광의 양에 대응하는 전하가 n 영역 (3g) 에 저장된다. 유사하게, 컬러 필터 (13b) 를 통해 투과된 다음, 광전 변환 층 (9) 을 통해 투과된 B 의 파장 범위의 광은 B 광전 변환 소자 상에 입사하고, 입사 광의 양에 대응하는 전하가 n 영역 (3b) 에 저장된다. n 영역 (3r, 3g, 및 3b) 에 저장된 전하는 신호 판독부들 (5r, 5g, 및 5b) 에 의해 판독된 다음, 촬상 소자 (100) 의 외부로 출력된다.
n 영역들 (3r, 3g, 및 3b) 로부터 판독되고 출력된 신호들의 어레이는 도 1 에 나타낸 컬러 필터 어레이를 갖는 단일 플레이트 타입의 컬러 고체 촬상 소자로부터 출력되는 신호들의 어레이와 동일하다. 단일 플레이트 타입의 컬러 고체 촬상 소자에 사용되는 신호 프로세싱을 수행함으로써, 하나의 픽셀 데이터가 R, G, 및 B 의 3 가지 컬러 성분들에 대한 데이터를 갖도록 하는 컬러 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. 또한, n+ 영역들 (4r, 4g, 및 4b) 로부터 판독되고 출력되는 신호들에 의해 하나의 픽셀 데이터가 적외 컬러 성분에 대한 데이터를 갖도록 하는 적외 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다.
따라서, 촬상 소자 (100) 는, R 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 R 성분을 갖는 신호, G 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 G 성분을 갖는 신호, B 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 B 성분을 갖는 신호, R 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 IR 성분을 갖는 신호, G 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 IR 성분을 갖는 신호, 및 B 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 IR 성분을 갖는 신호를 외부로 출력할 수 있다. 촬상 소자 (100) 를 사용함으로써, 2 가지 타입의 화상 데이터, 즉, 컬러 화상 데이터와 적외 화상 데이터를 한 번의 촬상에 의해 얻을 수 있다. 따라서, 촬상 소자 (100) 는, 예를 들어, 인체의 검사 목표가 되는 부분의 외관에 관한 영상과 그 부분의 내부 영상을 필요로 하는 내시경 장치의 촬상 소자로서 활용될 수 있다.
다음으로, 촬상 소자 (100) 의 분광 감도 특성에 관해 설명할 것이다.
먼저, 반도체 기판에 형성된 각각의 광전 변환 소자 (PD) 의 분광 감도 특성이 도 4 에 나타내어져 있고, 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도 특성이 도 4 에 나타내어져 있으며, 광전 변환 층 (9) 의 분광 투과율이 도 4 에 나타내어져 있고, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 의 분광 투과율들이 도 5 에 나타내어져 있다. 도 4 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 감도 또는 분광 투과율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 5 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 투과율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다.
따라서, 특성들이 결정되면, R 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 투과율과 컬러 필터 (13r) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어지고, G 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 투과율과 컬러 필터 (13g) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어지며, B 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 투과율과 컬러 필터 (13b) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어져서, 도 6 에 나타낸 특성들이 각각 얻어진다. 도 6 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다.
또한, R 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도와 컬러 필터 (13r) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어지고, G 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도와 컬러 필터 (13g) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어지며, B 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도와 컬러 필터 (13b) 의 분광 투과율의 프로덕트로서 얻어져서, 도 6 에 나타낸 특성들이 각각 얻어진다.
각각의 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성을 조정하기 위해 도 7 에 나타낸 분광 투과율을 갖는 보정 필터가 촬상 소자 (100) 의 광 입사 평면 측 상에 배치되는 경우, 도 8 에 나타낸 촬상 소자 (100) 의 분광 감도 특성이 얻어진다. 도 7 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 투과율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 8 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다.
도 9 는 산화된 헤모글로빈 (옥시 (oxy)) 과 환원된 헤모글로빈 (디옥시 (deoxy)) 의 분광 투과율들을 나타내는 차트이다. 도 9 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 투과율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다.
도 9 에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 산화된 헤모글로빈과 환원된 헤모글로빈은 580nm 내지 780 nm 의 파장을 갖는 파장 범위에서 증가된 양자의 반사율들 사이의 차이를 갖는다. 본 파장 범위의 감도를 갖는 광전 변환 소자를 사용 함으로써, 고 콘트래스트를 갖는 화상으로 헤모글로빈의 상태의 변화를 나타내는 것이 가능하다. 도 8 에 나타낸 바와 같이, 화상 픽업 소자 (100) 에서, R 기판상 광전 변환 소자는 580nm 내지 780nm 의 파장 범위의 높은 감도를 갖는다. 적외 화상 데이터를 생성하기 위해 R 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호를 이용함으로써, 검사 목표가 되는 부분의 R, G, 및 B 컬러들을 갖는 외관 화상 및 그 부분의 헤모글로빈의 상태의 변화를 알 수 있는 화상을 한 번의 촬상으로 얻을 수 있다.
R 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호만을 이용하여 적외 화상 데이터가 생성되는 경우, G 기판상 광전 변환 소자 및 B 기판상 광전 변환 소자의 각각으로부터 얻어지는 신호의 위치 주위에 존재하는 R 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호가 사용되어, 컬러 화상 데이터의 해상도와 동등한 해상도를 갖는 적외 화상 데이터를 생성하기 위해 동일 위치에 삽입될 수도 있고, 또는, R 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호만이 사용되어 컬러 화상 데이터의 1/3 의 해상도를 갖는 적외 화상 데이터를 생성할 수도 있다. 다르게는, 각각 행 방향으로 배열된 광전 변환 소자들, 즉, R 기판상 광전 변환 소자, G 기판상 광전 변환 소자, 및 B 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호들이 합해져 하나의 신호를 얻을 수도 있고, 컬러 화상 데이터의 1/3 의 해상도를 갖는 적외 화상 데이터가 동일 신호에 기초하여 생성될 수도 있다.
본 촬상 소자 (100) 를 이용함으로써, 컬러 화상 데이터와 적외 화상 데이터를 포함하는 2 가지 타입의 화상 데이터를 얻는 것이 가능하다. 보색들 및 원색들이 촬상 소자 (100) 에서 활용되는 컬러 필터에 대해 이용되는 경우에도 또한 이점이 얻어질 수 있다. 또한, 2 가지 타입의 화상 데이터가 얻어질 수 없다. 촬상 소자 (100) 의 컬러 필터의 컬러 스킴 (scheme) 및 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위를 조정함으로써, 단일 플레이트 타입의 촬상 소자의 해상도보다 더 높은 해상도를 갖는 RGB 화상 데이터를 얻는 것이 또한 가능하다. 도 10a 내지 도 10d 는 이점들을 얻을 수 있는 촬상 소자 (100) 의 구조의 예를 나타낸다. 도 10a 내지 도 10d 에서, 반도체 기판에 형성된 광전 변환 소자 (PD), PD 상방에 형성된 광전 변환 층, 및 광전 변환 층 상방에 형성된 컬러 필터 이외의 촬상 소자 (100) 를 구성하는 구성요소들은 나타내지 않았다.
도 10a 에 나타낸 촬상 소자는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 촬상 소자 (100) 에서, 컬러 필터 (13r) 가 Cy (시안 (cyan)) 의 파장 범위의 광과 적외선 광의 일부를 투과시키는 Cy 필터로 변경되고, 컬러 필터 (13g) 가 Mg (마젠타 (magenta)) 의 파장 범위의 광과 적외선 영역의 광의 일부를 투과시키는 Mg 필터로 변경되며, 컬러 필터 (13b) 가 Ye (옐로우 (yellow)) 의 파장 범위의 광과 적외선 영역의 광의 일부를 투과시키는 Ye 필터로 변경되는 구조를 갖는다. Cy 필터, Mg 필터, 및 Ye 필터로는, 주지의 재료들을 각각 사용하는 것이 바람직하다.
본 구조에 따르면, 반도체 기판의 광전 변환 소자로부터 얻어진 Cy, Mg, 및 Ye 의 신호들로부터 컬러 화상 데이터를 생성하고, 광전 변환 층으로부터 얻어진 신호들로부터 적외 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. Cy 필터, Mg 필터, 및 Ye 필터의 어레이는 컬러 화상이 재현될 수 있는 방식으로 설정되는 것이 바람 직하다.
도 10b 에 나타낸 촬상 소자는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 촬상 소자 (100) 에서, 컬러 필터 (13r) 가 Cy 필터로 변경되고, 컬러 필터 (13b) 는 Ye 필터로 변경되는 구조를 갖는다.
본 구조에 따르면, 반도체 기판의 광전 변환 소자들로부터 얻어진 Cy, G, 및 Ye 의 신호들로부터 컬러 화상 데이터를 생성하고, 광전 변환 층으로부터 얻어진 신호들로부터 적외 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. Cy 필터, G 필터, 및 Ye 필터의 어레이는 컬러 화상이 재현될 수 있는 방식으로 설정되는 것이 바람직하다.
도 10c 에 나타낸 촬상 소자는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 촬상 소자 (100) 에서, 컬러 필터 (13r) 가 Cy 필터로 변경되고, 컬러 필터 (13g) 가 적외선 영역의 광을 투과시키는 IR 필터로 변경되고, 광전 변환 층 (9) 이 G 의 파장 범위의 광을 흡수하고 거기에 대응하는 신호 전하를 생성하며 G 의 파장 범위 이외의 광을 투과시키는 G 광전 변환 층으로 변경되며, 컬러 필터 (13b) 는 Ye 필터로 변경되는 구조를 갖는다. G 광전 변환 층을 구성하는 재료로는, 무기 재료의 경우에는 예를 들어 InGaAlP 또는 GaPAs 를 이용하는 것이 가능하고, 유기 재료의 경우에는 예를 들어 R6G/PMPS (로다민 6G (R6G)-도핑된 폴리메틸페닐실란) 을 이용하는 것이 가능하다.
본 구조에 따르면, 컬러 화상 데이터는, 반도체 기판의 광전 변환 소자로부터 얻어진 B 및 R 의 신호들 및 광전 변환 층으로부터 얻어진 G 의 신호로부터 생 성될 수 있고, 적외 화상 데이터는 IR 필터 아래에 제공되는 광전 변환 소자로부터 얻어지는 IR 신호로부터 생성될 수 있다. Cy 필터 및 Ye 필터의 어레이는 컬러 화상이 재현될 수 있는 방식으로 설정되는 것이 바람직하고, IR 필터의 어레이는 적외 화상이 재현될 수 있는 방식으로 설정되는 것이 바람직하다.
도 10d 에 나타낸 촬상 소자는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 촬상 소자 (100) 에서, 컬러 필터들 (13r 및 13b) 이 Cy 필터로 각각 변경되고, 컬러 필터 (13g) 는 Ye 필터로 변경되며, 광전 변환 층 (9) 은 G 광전 변환 층으로 변경되는 구조를 갖는다.
본 구조에 따르면, 반도체 기판의 광전 변환 소자로부터 얻어진 B 및 R 의 신호들과 광전 변환 층으로부터 얻어진 G 의 신호로부터 컬러 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. 본 구조로, 2 가지 원색들을 갖는 신호가 촬상 포인트마다 얻어진다. 따라서, 단일 플레이트 타입의 촬상 소자의 해상도보다 더 크게 해상도를 향상시키는 것이 가능하다.
2 또는 3 가지 타입의 컬러 필터들이 촬상 소자 (100) 에 대해 사용되는 경우에 대해 설명하였다. 4 가지 타입의 컬러 필터들 또는 그 이상이 사용되는 경우에도, 동일한 이점들이 얻어질 수 있다. 또한, 한 가지 타입의 컬러 필터가 사용될 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 도 2 에 나타낸 구조에서, G 파장 범위의 광을 투과시키는 기능을 하는 1-시트 구조를 갖는 G 컬러 필터가 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 대신에 제공되는 구조를 갖는 것 또한 가능하다.
본 구조에 의해, 반도체 기판의 광전 변환 소자로부터 얻어진 신호에 응답하 여 단색 화상 데이터를 생성하고, 광전 변환 층 (9) 으로부터 얻어진 신호에 응답하여 적외 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. 본 구조로 또한, 광전 변환 층의 분광 감도 특성이 광전 변환 층 상방에 제공되는 컬러 필터의 분광 투과율로 조정될 수 있는 이점이 또한 존재한다.
본 설명에서는 광전 변환 층이 반도체 기판 상방에 제공되고, 컬러 필터가 그 상방에 제공되었지만, 광전 변환 층과 컬러 필터의 배열이 반전되는 경우에도 동일한 이점들을 얻는 것이 가능하다.
본 설명에서, 컬러 필터들 (13r, 13g, 및 13b) 은 또한 적외선 영역의 광을 각각 투과시키지만, 적외선 영역의 광이 투과될 수 없는 분광 투과율을 갖는 필터를 사용하는 것 또한 가능하다. 컬러 필터들의 어느 것도 적외선 영역의 광을 투과시키지 않으면, 적외 화상 데이터는 생성될 수 없다. 이러한 이유로, 하나 이상의 한 가지 타입의 컬러 필터가 적외선 영역의 광을 투과시키는 기능을 가져야 한다.
R 기판상 광전 변환 소자, G 기판상 광전 변환 소자, 및 B 기판상 광전 변환 소자를 포함하는 3 가지 타입의 기판상 광전 변환 소자들이 본 설명에서 제공되었지만, 적외 화상 데이터를 얻기 위해 이들 중 하나 이상이 존재하는 것으로 충분하다. 도 6 및 도 8 에 나타낸 바와 같이, R 기판상 광전 변환 소자는 적외선 영역에서 가장 높은 감도를 갖는다. 따라서, 적외 화상 데이터는 R 기판상 광전 변환 소자로부터 출력되는 신호를 이용하여 생성되는 것이 가장 바람직하다. G 기판상 광전 변환 소자가 생략되는 경우에, 도 2 에 나타낸 구조에서, 투명 전극 (7g), 접촉부 (6g), 및 n+ 영역 (4g) 을 생략하는 것이 바람직하다. B 기판상 광전 변환 소자가 생략되는 경우에, 도 2 에 나타낸 구조에서, 투명 전극 (7b), 접촉부 (6b), 및 n+ 영역 (4b) 을 생략하는 것이 바람직하다.
도 10c 에 나타낸 구조가 채용되는 경우에, IR 필터에 대응하는 기판상 광전 변환 소자만이 촬상 소자에 제공되면, 기판상 광전 변환 소자로부터 G 성분을 갖는 신호를 얻는 것은 거의 불가능하다. 그 결과, 컬러 화상 데이터의 생성이 방해된다. 이러한 이유로, 도 10c 에 나타낸 구조로, 적어도 Cy 필터에 대응하는 기판상 광전 변환 소자 또는 Ye 필터에 대응하는 기판상 광전 변환 소자를 제공하는 것이 필요하다.
다음으로, 촬상 소자 (100) 를 제조하는 방법에 관해 설명한다. 촬상 소자 (100) 는 다음 단계 (A) 내지 단계 (C) 에서 제조될 수 있다.
(A) CMOS 기판 → 투명 전극의 형성
· 관련 기술 분야의 CMOS 센서에서와 동일한 방식으로 실리콘 기판 상에 n 영역들 (3r, 3g, 및 3b) 및 신호 판독부들을 형성한다.
· n+ 영역들 (4r, 4g, 및 4b) 및 신호 판독부들을 추가로 형성한다.
· 실리콘 기판 상에 절연 층 (5) 을 형성하고, 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 을 그 상방에 형성하고, 비아 플러그를 이용하여 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 이 n+ 영역들 (4r, 4g, 및 4b) 과 접촉하도록 한다.
· 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 사이의 간격들을 절연 재료로 채우고, CMP 를 이용하여 절연 재료 부분을 포함하는 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 의 표면들을 평탄화한다.
본 프로세스는 반도체 프로세스에서 수행된다.
(B) 광전 변환 층의 형성
· 투명 전극들 (7r, 7g, 및 7b) 상에 광전 변환 층 (9) 을 형성한다.
· 투명 전극 (10) 을 추가로 형성한다. 투명 전극 (10) 은 도시하지 않은 패드와 접촉되도록 하고, 바이어스 전압이 외부 전원에 의해 인가된다.
본 프로세스는 진공 증발 프로세스에서 수행된다.
(C) 마이크로렌즈 및 컬러 필터의 형성
· 예를 들어 ALCVD 방법에 의해 광전 변환 층 (9) 상에 알루미늄 보호 층을 형성하고, 파릴렌 C 보호 층을 추가로 형성한다.
· 모자이크식 컬러 필터를 순차적으로 형성한다. G 레지스트 도포 → 패턴 노광 → 현상 → 포스트베이킹, B 레지스트 도포 → 패턴 노광 → 현상 → 포스트베이킹, 및 R 레지스트 도포 → 패턴 노광 → 현상 → 포스트베이킹의 순서로 모자이크식 컬러 필터를 형성한다.
· 마지막으로 마이크로렌즈를 형성한다. 레지스트 도포 → 포스트베이킹 → 레지스트 도포 → 패턴 노광 → 현상 → 용융의 순서로 마이크로 렌즈를 형성한다.
(제 2 실시형태)
본 실시형태에서는, 제 1 실시형태에서 설명된 컬러 화상 데이터와 적외 화상 데이터를 얻을 수 있는 촬상 소자 (100) 가 내시경 장치에 적용되는 구성에 관 해 설명할 것이다.
도 11 은 제 2 실시형태를 설명하기 위한 내시경 장치의 개략적 구조를 나타내는 도면이다.
도 11 에 나타낸 내시경 장치는, 검사 목표가 되는 부분을 조명하는 백색 광원 (50), 촬영 렌즈 또는 다이어프램과 같은 광학 시스템 (51), 광학 시스템 (51) 을 통과하는 광을 수용하는 기능을 하고, 도 1 및 도 2 에 나타낸 구조를 갖는 촬상 소자 (100), 촬상 소자 (100) 의 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도 특성을 보정하기 위해 촬상 소자 (100) 와 광학 시스템 (51) 사이에 배치되는 보정 필터 (52), 촬상 소자 (100) 의 광전 변환 층 (9) 에서 생성된 전하에 대응하는 신호에 기초하여 적외 화상 데이터를 생성하는 적외 화상 데이터 생성부 (53), R 광전 변환 소자의 각각에서 생성된 전하에 대응하는 신호에 기초하여 컬러 화상 데이터를 생성하는 컬러 화상 데이터 생성부 (54), 촬상 소자 (100) 내의 G 광전 변환 소자 및 B 광전 변환 소자, 적외 화상 데이터 생성부 (53) 에서 생성된 적외 화상 데이터 및 컬러 화상 데이터 생성부 (54) 에서 생성된 컬러 화상 데이터를 이용하는 연산 프로세싱에 의해 강조된, 적외 화상 데이터 생성부 (53) 에서 생성된 적외 화상 데이터의 콘트래스트를 갖는, 고 콘트래스트 적외 화상 데이터를 생성하는 고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55), 고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55) 에서 생성된 고 콘트래스트 적외 화상 데이터에 대해 강조 프로세싱을 수행하는 화상 강조부 (57), 적외 화상 데이터 생성부 (53) 에서 생성된 적외 화상 데이터 및 컬러 화상 데이터 생성부 (54) 에서 생성된 컬러 화상 데이터를 이용하는 연산 프 로세싱에 의해 강조된, 컬러 화상 데이터 생성부 (54) 에 의해 생성된 컬러 화상 데이터의 색재현성을 갖는 고 색재현 컬러 화상 데이터를 생성하는 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56), 강조 프로세싱 후에 얻어진 고 콘트래스트 적외 화상 데이터에 기초한 화상 및 고 색재현 컬러 화상 데이터에 기초한 화상을 표시 장치 (59) 상에 표시하도록 하는 제어를 수행하는 표시 제어부 (58) 를 포함한다.
도 11 에 나타낸 내시경 장치에서 사용되는 촬상 소자 (100) 는 4 가지 타입의 신호들, 즉, R 의 파장 범위의 광에 대응하는 R 성분을 갖는 신호, G 의 파장 범위의 광에 대응하는 G 성분을 갖는 신호, B 의 파장 범위의 광에 대응하는 B 성분을 갖는 신호, 및 적외선 영역의 광에 대응하는 IR 성분을 갖는 신호를 출력할 수 있으면 족하고, 촬상 소자 (100) 는 도 1 및 도 2 에 나타낸 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 촬상 소자 (100)는 도 10c 에 나타낸 구조를 갖는 촬상 소자일 수도 있고, 또는 4 개의 컬러 필터들, 즉, R 또는 Cy 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, G 또는 Mg 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, B 또는 Ye 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 적외선 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터가 반도체 기판 상방의 동일 평면에 대해 모자이크처럼 배열된 단일 플레이트 타입의 촬상 소자일 수도 있다. 촬상 소자 (100) 의 분광 감도 특성은 도 8 에 예로써 나타내었다.
컬러 화상 데이터 생성부 (54) 는 촬상 소자 (100) 로부터, 촬상 소자 (100) 의 R 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 (이하 R 신호라 한다), 촬상 소자 (100) 의 G 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 (이하 G 신 호라 한다), 촬상 소자 (100) 의 B 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 (이하 B 신호라 한다) 를 획득하고, 이 신호들을 이용하여 주지의 기술에 의해 컬러 화상 데이터를 생성한다.
적외 화상 데이터 생성부 (53) 는, 촬상 소자 (100) 의 R 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 (이하 IRr 신호라 한다) 로부터 컬러 화상 데이터의 해상도와 동등한 해상도를 갖는 적외 화상 데이터를 생성하기 위해 신호 삽입을 수행한다.
도 12 는 산화된 헤모글로빈과 환원된 헤모글로빈의 분광 반사율을 나타내는 차트이다. 도 12 에서 종축은 참조가 되는 하나의 셋트로 얻어진 분광 반사율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 12 에서, 종축이 참조가 되는 하나의 셋트로 얻어진 광전 변환 소자의 분광 감도를 나타낼 때, 도 12 의 리얼 곡선에 나타낸 분광 감도를 갖는 광전 변환 소자로 헤모글로빈의 화상을 픽업함으로써, 가장 높은 콘트래스트로 헤모글로빈의 상태 변화를 검출하는 것이 가능하다.
고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55) 는, R 기판상 광전 변환 소자로부터 얻어진 IRr 신호가 도 12 의 리얼 곡선에 나타낸 분광 감도 특성을 갖는 광전 변환 소자로부터 얻어지는 신호에 근접하도록 하는 연산 프로세싱을 수행함으로써, 적외 화상 데이터의 콘트래스트를 강조할 수 있다.
더욱 구체적으로, 고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55) 는 다음 식 (1) 에 나타낸 연산을 수행하여, 고 콘트래스트 적외 화상 데이터를 생성한다.
I(x,y) = r1×R(x,y)+g1×G(x,y)+b1×B(x,y)+ir1×IR(x,y) ... 식 (1)
I(x,y) 는 고 콘트래스트 적외 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 픽셀 데이터를 나타낸다.
R(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 R 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
G(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 G 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
B(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 B 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
IR(x,y) 는 적외 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 IR 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
r1, g1, b1, 및ir1 은 R 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, G 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, B 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, R 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, 및 도 12 의 리얼 곡선에 나타난 분광 감도 특성에 기초하여 결정되는 계수들을 나타낸다.
r1, g1, b1, 및ir1 은, 도 8 에 나타낸 R 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 R(λ) 에 의해 표현되고, 도 8 에 나타낸 G 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 G(λ) 에 의해 표현되며, 도 8 에 나타낸 B 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 B(λ) 에 의해 표현되고, 도 8 에 나타낸 R 기판상 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 IR(λ) 에 의해 표현되고, 도 12 의 리얼 곡선에 나타 낸 특성을 갖는 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 Real(λ) 에 의해 표현될 때, 다음 식 (2) 의 연산에 의해 얻어지는 값에 Real(λ) 가 가장 크게 근접하도록 하는 방식으로 최소 제곱승 방법에 의해 결정된다. 결정된 계수 데이터는 내시경 장치의 메모리 (미도시) 에 사전 저장된다.
r1×R(λ)+g1×G(λ)+b1×B(λ)+ir1×IR(λ) ... 식 (2)
도 13 은 본 방법에 의해 결정된 계수를 이용하여 식 (2) 의 연산의 결과로서 얻어진 분광 감도 특성을 나타내는 차트이다. 도 13 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 13 에 나타낸 곡선 I 는 식 (1) 의 연산에 의해 얻어진 고 콘트래스트 적외 화상 데이터를 획득할 수 있는 가상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성을 나타낸다.
도 14 는, 헤모글로빈으로부터 투과된 광이 도 13 에 나타낸 분광 감도 특성을 갖는 광전 변환 소자에 의해 검출되는 경우에, 산화된 헤모글로빈 및 환원된 헤모글로빈의 검출 감도들을 나타내는 차트이다. 도 14 에서, 종축은 참조가 되는 하나의 셋트로 얻어지는 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 15 는 도 8 에 나타낸 R 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성을 나타내는 차트이다. 도 15 에서, 종축은 참조가 되는 하나의 셋트로 얻어진 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 도 16 은, 헤모글로빈으로부터 투과된 광이 도 15 에 나타낸 분광 감도 특성을 갖는 R 기판상 광전 변환 소자에 의해 검출되는 경우에, 산화된 헤모글로빈 및 환원된 헤모글로빈의 검출 감도들을 나타내는 차트이다. 도 16 에서, 종축은 참조가 되는 하나의 셋트로 얻어지는 분광 감도를 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다.
도 14 와 도 16 사이의 비교에 의해, 도 14 에 나타낸 산화 헤모글로빈의 파형 I(oxy) 와 분광 감도 = 0 의 직선에 의해 둘러싸인 면적 A 를, 도 14 에 나타낸 환원된 헤모글로빈의 파형 I(deoxy) 와 분광 감도 = 0 의 직선에 의해 둘러싸인 면적 B 로 나누어 얻어진 값으로 표현되는 고 콘트래스트 적외 화상 데이터의 콘트래스트 비율은 1.318 이고, 도 16 에 나타낸 산화 헤모글로빈의 파형 Ir(oxy) 와 분광 감도 = 0 의 직선에 의해 둘러싸인 면적 C 를, 도 16 에 나타낸 환원된 헤모글로빈의 파형 Ir(deoxy) 와 분광 감도 = 0 의 직선에 의해 둘러싸인 면적 D 로 나누어 얻어진 값으로 표현되는 적외 화상 데이터의 콘트래스트 비율은 1.166 이며, 적외 화상 데이터의 콘트래스트가 식 (1) 에 나타낸 연산 프로세싱의 실행에 의해 강조될 수 있다는 것은 명백하다.
본 실시형태에 따른 내시경 장치에 사용되는 촬상 소자는 IR 신호를 출력한다. 이러한 이유로, 통상의 디지털 카메라에 제공되는 적외선 차단 필터는 본 촬상 소자의 전면 상에 배치될 수 없다. 본 실시형태에서, 광전 변환 층 (9) 의 분광 감도 특성을 보정하는 보정 필터 (52) 가 제공된다. 따라서, R 광전 변환 소자, G 광전 변환 소자, 및 B 광전 변환 소자의 각각이 적외 영역의 광에 감도를 거의 갖지 않음에도 불구하고, 약한 감도를 갖는다. 그 결과, 컬러 화상 데이터의 색재현성이 열화될 수도 있는 가능성이 존재한다.
고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 는, R 광전 변환 소자로부터 얻어지는 R 신호가 도 17 에 나타낸 표준 RGB 이상 촬상 특성에 의해 정의되는 이상 분 광 감도 특성을 갖는 r 광전 변환 변환 소자로부터 얻어지는 신호에 근접하도록 하는 연산 프로세싱, G 광전 변환 소자로부터 얻어지는 G 신호가 도 17 에 나타낸 표준 RGB 이상 촬상 특성에 의해 정의되는 이상 분광 감도 특성을 갖는 g 광전 변환 변환 소자로부터 얻어지는 신호에 근접하도록 하는 연산 프로세싱, 및 B 광전 변환 소자로부터 얻어지는 B 신호가 도 17 에 나타낸 표준 RGB 이상 촬상 특성에 의해 정의되는 이상 분광 감도 특성을 갖는 b 광전 변환 변환 소자로부터 얻어지는 신호에 근접하도록 하는 연산 프로세싱을 수행함으로써, 고 색재현 컬러 화상 데이터를 생성할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 는 다음 식 (3) 에 나타낸 연산을 수행하여, 컬러 화상 데이터의 색재현성을 강조한다.
Figure 112007070292292-pat00001
... 식 (3)
R0(x,y) 는 고 색재현 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 R 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
G0(x,y) 는 고 색재현 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 G 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
B0(x,y) 는 고 색재현 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 B 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
R(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 R 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
G(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 G 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
B(x,y) 는 컬러 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 B 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
Ir(x,y) 는 적외 화상 데이터의 좌표 (x,y) 의 IR 성분의 픽셀 데이터를 나타낸다.
r2, r3, r4, g2, g3, g4, b2, b3, b4, ir2, ir3, 및 ir4 는 R 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, G 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, B 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, R 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성, 및 도 17 에 나타낸 표준 RGB 이상 촬상 특성에 의해 결정지어지는 계수를 나타낸다.
r2, g2, b2, 및 ir2 은, 도 8 에 나타낸 R 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 R(λ) 에 의해 표현되고, 도 8 에 나타낸 G 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 G(λ) 에 의해 표현되며, 도 8 에 나타낸 B 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 B(λ) 에 의해 표현되고, 도 8 에 나타낸 R 기판상 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 IR(λ) 에 의해 표현되고, 도 17 에 나타낸 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 r(λ) 에 의해 표현될 때, 다음 식 (4) 에 의해 얻어지는 값에 r(λ) 가 가장 크게 근접하도록 하는 방식으로 최소 제곱승 방법에 의해 결정된다. 결정된 계수 데이터는 내시경 장치의 메모리 (미도시) 에 사전 저장된다.
r2×R(λ)+g2×G(λ)+b2×B(λ)+ir2×IR(λ) ... 식 (4)
r3, g3, b3, 및 ir3 은, 도 17 에 나타낸 g 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 g(λ) 에 의해 표현될 때, 다음 식 (5) 에 의해 얻어지는 값에 g(λ) 가 가장 크게 근접하도록 하는 방식으로 최소 제곱승 방법에 의해 결정된다. 결정된 계수 데이터는 내시경 장치의 메모리 (미도시) 에 사전 저장된다.
r3×R(λ)+g3×G(λ)+b3×B(λ)+ir3×IR(λ) ... 식 (5)
r4, g4, b4, 및 ir4 은, 도 17 에 나타낸 b 광전 변환 소자의 파장 λ 의 분광 감도가 b(λ) 에 의해 표현될 때, 다음 식 (6) 에 의해 얻어지는 값에 b(λ) 가 가장 크게 근접하도록 하는 방식으로 최소 제곱승 방법에 의해 결정된다. 결정된 계수 데이터는 내시경 장치의 메모리 (미도시) 에 사전 저장된다.
r4×R(λ)+g4×G(λ)+b4×B(λ)+ir4×IR(λ) ... 식 (6)
도 18 은 본 방법에 의해 결정된 계수들을 이용하여 식 (4) 내지 식 (6) 의 연산의 결과로서 얻어지는, 촬상 소자 (100) 의 R 광전 변환 소자, G 광전 변환 소자, 및 B 광전 변환 소자의 분광 감도 특성들을 나타내는 차트이다. 도 18 에서, 종축은 참조가 되는 한 셋트로 얻어진 분광 감도를 나타내고, 횡축은 파장을 나타낸다. 도 18 에 나타낸 곡선 R 은 R 광전 변환 소자의 분광 감도 특성의 이상 분광 감도 특성에 대한 근사의 결과로서 얻어진 분광 감도 특성을 나타내고, 도 18 에 나타낸 곡선 G 는 G 광전 변환 소자의 분광 감도 특성의 이상 분광 감도 특성에 대한 근사의 결과로서 얻어진 분광 감도 특성을 나타내며, 도 18 에 나타낸 곡선 B 는 B 광전 변환 소자의 분광 감도 특성의 이상 분광 감도 특성에 대한 근사의 결과로서 얻어진 분광 감도 특성을 나타낸다.
도 18 로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 680nm 이상의 파장을 갖는 적외선 영역의 감도는 거의 0 이나 그 이하로 설정될 수 있다. 따라서, 컬러 화상 데이터의 색재현성은 식 (3) 에서 표현되는 연산 프로세싱의 실행에 의해 강조될 수 있다.
표시 제어부 (58) 는, 표시 장치 (59) 가 화상 강조부 (57) 에 의해 강조된 고 콘트래스트 적외 화상 데이터에 기초한 화상을 표시하도록 하는 제어를 실행하고, 표시 장치 (59) 가 고 색재현 컬러 화상 데이터에 기초한 화상을 표시하도록 하는 제어를 실행하며, 표시 장치 (59) 가 고 콘트래스트 적외 화상 데이터에 기초한 화상과, 고 색재현 컬러 화상 데이터에 기초한 화상을 합성하여 얻어진 화상을 표시하도록 하는 제어를 실행하는 기능을 한다. 고 콘트래스트 적외 화상 데이터에 관해 언급하면, 신호 레벨은 폴스 (false) 컬러에서 표현되어 화상이 표시되거나, 신호 레벨이 산소 흡수량으로 변환되어 화상이 표시된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 내시경 장치에 따르면, 촬상 소자 (100) 로부터 출력되는 R 신호, G 신호, 및 B 신호로부터 생성된 컬러 화상 데이터와 촬상 소자 (100) 로부터 출력되는 IRr 신호로부터 생성된 적외 화상 데이터를 이용하는 연산 프로세싱에 의해, 컬러 화상 데이터보다 더 크게 강조된 색 재현성을 갖는 고 색재현 컬러 화상 데이터, 및 적외 화상 데이터보다 더 크게 강조된 콘트래스트를 갖는 고 콘트래스트 적외 화상 데이터를 생성하는 것이 가능하다. 따라서, 내시경 장치의 검사에서 종래 기술에서보다 더 크게 정확성을 향상시키는 것이 가능하다.
내시경 장치에 사용되는 촬상 소자로서 제 1 실시형태에서 설명된 구조를 채용함으로써, 한 번의 촬상으로 고 색재현 컬러 화상 데이터 및 고 콘트래스트 적외 화상 데이터를 획득하는 것이 가능하다. 결과적으로, 컬러 시프트를 걱정하지 않고 검사를 수행하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 따른 내시경 장치에 따르면, 적외선 차단 필터가 필요하지 않다. 따라서, 인체에 삽입되는 부분의 크기가 감소될 수 있고, 장치의 비용 또한 감소될 수 있다.
본 설명에서는 보정 필터 (52) 가 내시경 장치에 제공되지만, 이는 생략될 수도 있다. 보정 필터 (52) 가 생략되는 경우, 내시경 장치 상으로 로딩되는 촬상 소자 (100) 의 분광 감도 특성이 도 6 에 나타낸 바와 같이 얻어지고, 컬러 화상 데이터의 색재현성은 더욱 크게 감소된다. 결과적으로, 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 에 의해 수행되는 프로세싱은 이점들을 더욱 크게 생성할 수 있다.
고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55) 및 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 양자 모두가 본 실시형태의 내시경 장치에 제공되었지만, 또한, 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 는 생략될 수도 있다. 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 가 생략되는 경우, 780nm 이상의 파장 범위를 차단하기 위한 보정 필터 (52) 를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56) 는 내시경 장치에 제한되지 않고, R 성분을 갖는 신호, G 성분을 갖는 신호, B 성분을 갖는 신호, 및 IR 성분을 갖는 신호를 출력할 수 있는 촬상 장치를 로딩하는 디지털 카메라와 같은 촬상 장치 상으로 로딩되어 이점들이 충분하게 얻어질 수 있다. 이 경우, 적외선 차단 필터는 촬상 장치에 필요하지 않다. 따라서, 촬상 장치의 크기 및 비용을 감소시키는 것이 가능하다.
내시경 장치의 적외 화상 데이터 생성부 (53), 컬러 화상 데이터 생성부 (54), 고 콘트래스트 적외 화상 데이터 생성부 (55), 고 색재현 컬러 화상 데이터 생성부 (56), 및 화상 강조부 (57) 의 각각의 기능을, 내시경 장치 상으로 로딩되는 연산 프로세싱 장치와 같은 컴퓨터를 통해 컴퓨터를 이 부분들의 각각으로서 기능시키는 프로그램을 실행시켜 구현하는 것이 가능하다. 또한, 촬상 소자 (100) 로부터 얻어진 촬상 신호를 퍼스널 컴퓨터 내로 정확하게 페칭하여 그 컴퓨터를 통해 프로그램을 실행시켜 이 기능을 구현하는 것 또한 가능하다.
본 명세서에서, R 의 파장 범위는 대략 550nm 내지 700nm 의 파장의 범위를 나타내고, G 의 파장 범위는 대략 450nm 내지 610nm 의 파장의 범위를 나타내며, B 의 파장 범위는 대략 380nm 내지 520nm 의 파장의 범위를 나타내고, 적외선 영역은 대략 680nm 내지 3000nm의 파장의 범위를 나타내며, Cy 의 파장 범위는 대략 380nm 내지 610nm 의 파장의 범위를 나타내고, Mg 의 파장 범위는 대략 380nm 내지 500nm 및 대략 600nm 내지 700nm 의 파장의 범위를 나타내며, Ye 의 파장 범위는 대략 470nm 내지 700nm 의 파장의 범위를 나타낸다.
본 명세서에서는 또한, "어떤 파장 범위의 광의 투과" 는 그 파장 범위의 광의 대략 60% 이상이 투과된다는 것을 의미하고, "어떤 파장 범위의 광의 흡수" 는 그 파장 범위의 광의 대략 50% 이상이 흡수된다는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 한 번의 촬상으로 복수의 종류의 화상 데이터 (예를 들어, RGB 컬러 화상 데이터 및 적외 화상 데이터) 를 획득하는 것이 가능한 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하다.
본 출원에서 외국 우선권이 주장되는 각각의 그리고 모든 외국 특허출원의 전체 개시는 여기에 참조로서 통합되고, 전체로서 전개된다.
도 1 은 본 발명에 따른 실시형태들을 설명하기 위한 촬상 소자의 일부 면을 나타내는 도면.
도 2 는 도 1 에 나타낸 촬상 소자를 A-A 라인을 따라 나타낸 단면도.
도 3 은 도 2 에 나타낸 신호 판독부 (5r) 의 구조의 구체적인 예를 나타낸 도면.
도 4 는 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 광전 변환 소자와 기판상 광전 변환 소자의 특성들을 나타내는 차트.
도 5 는 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 컬러 필터의 특성을 나타내는 차트.
도 6 은 보정 필터 없는 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 특성을 나타내는 차트.
도 7 은 보정 필터의 특성을 나타내는 차트.
도 8 은 보정 필터를 갖는 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 특성을 나타내는 차트.
도 9 는 헤모글로빈의 분광 반사율을 나타내는 차트.
도 10a 내지 도 10d 는 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 구조의 다양한 형태를 나타내는 도면들.
도 11 은 제 2 실시형태를 설명하기 위해 내시경 장치의 개략적 구조를 나타내는 도면.
도 12 는 헤모글로빈의 분광 반사율과 헤모글로빈의 상태 변화가 가장 높은 콘트래스트로 검출될 수 있는 분광 감도 특성을 나타내는 차트.
도 13 은 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 R 기판상 광전 변환 소자의 특성이 도 12 의 리얼 곡선에 나타낸 특성에 근접하도록 하는 프로세싱을 수행하여 얻은 특성을 나타내는 차트.
도 14 는 화상이 도 13 에 나타낸 특성을 갖는 촬상 소자에 의해 픽업되는 경우에 얻어지는 헤모글로빈의 검출 감도 특성을 나타내는 차트.
도 15 는 도 8 에 나타낸 R 기판상 광전 변환 소자의 분광 감도 특성을 나타내는 차트.
도 16 은 화상이 도 15 에 나타낸 특성을 갖는 촬상 소자에 의해 픽업되는 경우에 얻어지는 헤모글로빈의 검출 감도 특성을 나타내는 차트.
도 17 은 표준 RGB 이상적 촬상 특성을 나타내는 차트.
도 18 은 도 1 에 나타낸 촬상 소자의 R 광전 변환 소자, G 광전 변환 소자, 및 B 광전 변환 소자의 각각의 특성이 도 17 에 나타낸 특성에 근접하도록 하는 프로세싱을 수행하여 얻은 특성을 나타내는 차트.

Claims (16)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 복수의 기판내 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방의 동일 평면 상에 형성된 복수의 기판상 광전 변환 소자들로서, 이들 각각은 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 적어도 일부의 각각에 대응하고, 상기 반도체 기판 상방에 형성된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환 층, 및 상기 광전 변환 층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 상기 복수의 기판상 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방에 형성되고, 상기 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 층; 및
    상기 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 및 상기 기판내 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호를 각각 판독하는 신호 판독부를 포함하며,
    상기 컬러 필터 층은 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들에 각각 대응하는 복수의 컬러 필터들을 포함하고,
    상기 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들을 포함하고,
    상기 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들은 가시 영역의 광의 일부를 각각 투과시키고, 상기 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 하나 이상은 또한 적외선 영역의 광을 투과시키며,
    상기 광전 변환 층은 적외선 영역의 광을 흡수하고 거기에 대응하는 전하를 생성하며, 상기 적외선 영역의 광 이외의 광을 투과시키는, 촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 3 가지 타입의 컬러 필터들을 포함하는, 촬상 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터들은, R (적) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, G (녹) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 B (청) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하는, 촬상 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    R 의 파장 범위의 광을 투과시키는 상기 컬러 필터는 적외선 영역의 광을 또한 투과시키고,
    상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 일부는 R 의 파장 범위의 광을 투과시키는 상기 컬러 필터에 대응하는, 촬상 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터들은 Cy (시안) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, G (녹) 의 파장 범위의 광 또는 Mg (마젠타) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 Ye (옐로우) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하는, 촬상 소자.
  8. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 복수의 기판내 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방의 동일 평면 상에 형성된 복수의 기판상 광전 변환 소자들로서, 이들 각각은 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 적어도 일부의 각각에 대응하고, 상기 반도체 기판 상방에 형성된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환 층, 및 상기 광전 변환 층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 상기 복수의 기판상 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방에 형성되고, 상기 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 층; 및
    상기 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 및 상기 기판내 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호를 각각 판독하는 신호 판독부를 포함하며,
    상기 컬러 필터 층은 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들에 각각 대응하는 복수의 컬러 필터들을 포함하고,
    상기 복수의 컬러 필터들은 서로 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들을 포함하며,
    상기 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 하나는 적외선 영역의 광을 투과시키고, 상기 3 가지 이상 타입의 컬러 필터들 중 나머지는 가시 영역의 광의 일부를 각각 투과시키며,
    상기 광전 변환 층은 가시 영역의 일부의 광을 흡수하고 거기에 대응하는 전하를 생성하며, 나머지 광은 투과시키는, 촬상 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터들은 Cy (시안) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터, 적외선 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 및 Ye (옐로우) 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터를 포함하고,
    상기 광전 변환 층은 G (녹) 의 파장 범위의 광을 흡수하는, 촬상 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 일부는 Cy 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 또는 Ye 의 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터에 대응하는, 촬상 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 상기 기판상 광전 변환 소자 상방에 형성되는, 촬상 소자.
  12. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판의 동일 평면 상에 배열된 복수의 기판내 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방의 동일 평면 상에 형성된 복수의 기판상 광전 변환 소자들로서, 이들 각각은 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 적어도 일부의 각각에 대응하고, 상기 반도체 기판 상방에 형성된 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환 층, 및 상기 광전 변환 층 상에 형성된 제 2 전극을 포함하는, 상기 복수의 기판상 광전 변환 소자들;
    상기 반도체 기판 상방에 형성되고, 상기 광전 변환 층에 의해 흡수되는 광의 파장 범위와 상이한 파장 범위의 광을 투과시키는 컬러 필터 층; 및
    상기 기판상 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호 및 상기 기판내 광전 변환 소자에서 생성된 전하에 대응하는 신호를 각각 판독하는 신호 판독부를 포함하며,
    상기 컬러 필터는 상기 기판상 광전 변환 소자 상방에 형성되며,
    상기 기판상 광전 변환 소자와 상기 컬러 필터 층 사이에 제공되고, ALCVD 방법에 의해 형성되는 상기 기판상 광전 변환 소자를 보호하는, 보호 층을 추가로 포함하고,
    상기 광전 변환 층은 유기 재료를 포함하는, 촬상 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보호 층은 무기 재료를 포함하는, 촬상 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보호 층은, 무기 재료를 포함하는 무기 층 및 유기 폴리머를 포함하는 유기 층을 포함하는 2-층 구조를 갖는, 촬상 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 층 상방에 제공되고, 상기 복수의 기판내 광전 변환 소자들의 각각으로 광을 수집하는, 마이크로렌즈를 추가로 포함하는, 촬상 소자.
  16. 제 1 항에 기재된 촬상 소자; 및
    검사 목표가 시각적으로 보이는 시간에 대응하는 화상 데이터 및 상기 검사 목표의 내부 변화가 상기 촬상 소자를 통해 촬상하여 얻어진 신호로부터 보일 수 있도록 함으로써 얻어진 화상 데이터를 생성하는 화상 데이터 생성부를 포함하는, 내시경 장치.
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