WO2007010696A1 - 撮像装置 - Google Patents

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imaging device
light
semiconductor
incident
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Hiroshi Nishizawa
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an image pickup apparatus using a semiconductor image pickup device, and more particularly to an image pickup apparatus used for a small terminal such as a mobile terminal or a mobile phone.
  • an imaging apparatus using a semiconductor imaging device has a configuration including an imaging optical system such as a lens and a semiconductor imaging device such as a CCD, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-327914. . Then, the imaging device converts the light of the subject power incident through the imaging optical system into an electrical signal by the semiconductor imaging device, and takes out an image. With the downsizing of portable devices, there has been a further demand for imaging devices that are smaller and lighter. For this reason, thinning of the imaging device has been realized by making each component of the imaging device as thin as possible.
  • the imaging optical system is usually designed to have a minimum circle of confusion with the same pixel size. As the size and size of pixels increase, it is predicted that light will enter a region where the wave nature of light must be considered in addition to ray tracing based on Snell's law.
  • Japanese translation of PCT publication No. 2002-513145 discloses an element in which photodiodes for different colors are arranged in the thickness direction of a semiconductor substrate.
  • the publication discloses that light with a long wavelength reaches the back of the semiconductor substrate compared to light with a short wavelength. Yes.
  • the components are downsized in order to reduce the size and thickness of the device, and the imaging optical system uses aspherical glass lenses or the like for high performance. I've been planning.
  • pixels corresponding to each color filter are usually arranged two-dimensionally, for example, a Bayer array is well known. There are many reading methods and color correction methods corresponding to this arrangement. There is a demand for an image pickup apparatus that is small and thin and that can effectively use these resources and has a high pixel count.
  • an object of the present invention is to provide an imaging device that can cope with downsizing, thinning, and high pixels.
  • An image pickup apparatus of the present invention includes a semiconductor image pickup device having a plurality of photodiodes and a color filter, and an image pickup optical system that guides light of a subject power to the semiconductor image pickup device, and each of the semiconductor image pickup devices.
  • the diameter of the opening of the photodiode is determined in accordance with the wavelength of light transmitted through the color filter provided on the incident surface side of the photodiode.
  • the photodiode aperture corresponding to the red pixel on the long wavelength side which is easily affected by wave optics, corresponds to other wavelengths.
  • the diameter of the opening can be made larger. Even in a photodiode having a sensitivity on the long wavelength side, it is possible to prevent a reduction in output and to reduce the size of the imaging device without being affected by wave optics.
  • the imaging device is disposed between the semiconductor imaging device and the imaging optical system.
  • the diameter of the opening of each photodiode of the semiconductor imaging device is determined according to the incident angle of light incident on the region on the optical filter corresponding to the photodiode.
  • the half-value wavelength of the optical filter shifts to the short wavelength side when the incident angle increases. Along with this, the attenuation of red on the long wavelength side increases, so the deterioration of the image quality progresses.However, the diameter of the photodiode aperture corresponding to the red pixel on the long wavelength side is reduced in the photodiode corresponding to the light of other wavelengths. By making it larger than the diameter of the opening, image quality deterioration can be prevented.
  • the heights of pixels on the same line of the semiconductor imaging element are the same.
  • the pixel size in the height direction in the line unit is made the same, so that the wiring of the internal electrode of the semiconductor imaging device can be facilitated and the degree of freedom in layout design can be increased. .
  • An imaging apparatus of the present invention includes a semiconductor imaging device having a plurality of photodiodes and a color filter, and an imaging optical system that guides light of a subject power to the semiconductor imaging device.
  • An auxiliary photodiode for detecting light transmitted through the photodiode is provided on the opposite side of the incident surface of at least some of the plurality of photodiodes.
  • auxiliary photodiode With this configuration, light that has passed through the photodiode on the incident surface side is incident on the auxiliary photodiode, so that the outputs of the photodiodes can be added to increase the output from one pixel.
  • the number of auxiliary photodiodes is not limited to one, and any number may be used. Also, among the multiple photodiodes, there is a configuration in which an auxiliary photodiode is arranged for the photodiode corresponding to the red pixel on the long wavelength side that is easily affected by wave optics when the imaging device is downsized.
  • the size of the auxiliary photodiode is determined in accordance with the wavelength of light transmitted through the color filter provided on the incident surface side of the photodiode.
  • a photodiode provided with a color filter that transmits light having a long wavelength has a large wave-optical effect. Therefore, the size of the auxiliary photodiode is increased to increase the sensitivity. Short, a photodiode provided with a color filter that transmits light of a wavelength is less affected by wave optics, so the size of the auxiliary photodiode is reduced to reduce the degree of sensitivity. As a result, wave optical effects that differ depending on the wavelength can be compensated for each wavelength, and the sensitivity of the entire imaging apparatus can be balanced.
  • the imaging apparatus includes an optical filter disposed between the semiconductor imaging element and the imaging optical system, and the size of the auxiliary photodiode is on the optical filter corresponding to the photodiode. It is determined according to the incident angle of light incident on the area
  • the half-value wavelength of the optical filter shifts to the short wavelength side when the incident angle increases. Along with this, the attenuation of red on the long wavelength side increases, so the degradation of image quality progresses.However, the size of the photodiode corresponding to the red pixel on the long wavelength side can be changed to the size of the photodiode corresponding to light of other wavelengths. By making it larger than, image quality degradation can be compensated.
  • An image pickup apparatus of the present invention includes a semiconductor image pickup device having a plurality of photodiodes and a color filter, and an image pickup optical system that guides light having a strong subject power to the semiconductor image pickup device.
  • a reflection layer that reflects light transmitted through the photodiode is provided on the opposite side of the incident surface of at least some of the plurality of photodiodes.
  • the light that has passed through the photodiode is reflected by the reflective layer, and is again transmitted to the photodiode. Since it is incident on the diode, the output of the photodiode can be increased.
  • a configuration is adopted in which a reflective layer is arranged for a photodiode corresponding to a red pixel on the long wavelength side that is easily affected by wave optics when downsizing the imaging device among a plurality of photodiodes.
  • the size or reflectance of the reflective layer is determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter provided on the incident surface side of the photodiode.
  • the reflective layer is made of silver-white metal.
  • the reflective layer can be added by a simple process.
  • the reflectivity of the reflective layer can be made almost constant in the visible light range, and the color reproducibility is good.
  • unnecessary incident light such as near-infrared light on the back side of the semiconductor image sensor can be shielded, and image quality deterioration due to unnecessary light can be reduced.
  • the reflective layer is formed of a semiconductor.
  • the reflective layer can be formed by changing the refractive index depending on the material to be doped. Therefore, the reflective layer can be formed in a normal diffusion process without changing the process. Also, a multilayer reflective layer can be easily formed.
  • the imaging apparatus includes an optical filter disposed between the semiconductor imaging device and the imaging optical system, and the size or reflectance of the reflective layer corresponds to the photodiode. Determined according to the incident angle of light incident on the upper region
  • the half-value wavelength of the optical filter shifts to the short wavelength side when the incident angle increases. Along with this, the attenuation of red on the long wavelength side increases, so the degradation of image quality progresses.However, the size of the photodiode corresponding to the red pixel on the long wavelength side can be changed to the size of the reflective layer corresponding to light of other wavelengths. Image quality deterioration can be prevented by making it larger than or increasing the reflectance.
  • the imaging device has a configuration including a solid substrate that does not transmit visible light and near infrared light that accommodates the semiconductor imaging element.
  • the imaging element is housed inside a three-dimensional board that does not transmit visible light and near infrared light. Therefore, when mounted on a portable device such as a cellular phone, the light to the imaging device is blocked. The size can be reduced without the need to provide a member. In addition, since the semiconductor imaging element and the imaging optical system can be assembled to the three-dimensional substrate, workability is improved.
  • the semiconductor imaging element has a pixel pitch of 2 microns or less.
  • the aperture diameter of the photodiode is about half the pixel pitch, so when the pixel pitch is 2 microns or less, the aperture diameter decreases accordingly, and the output decreases due to the influence of wave optics. Occurs.
  • the output reduction problem occurs.
  • the diameter of the opening through which light having a long wavelength is incident is increased, or the sensitivity of the photodiode is increased by providing an auxiliary photodiode or a reflective layer. In addition, it is possible to prevent a decrease in output even on the long wavelength side.
  • a cellular phone device of the present invention has a configuration including the imaging device.
  • a semiconductor imaging device of the present invention includes a plurality of photodiodes that convert incident light into an electrical signal, and a color filter provided on the incident surface side of the photodiode, and each of the openings of the photodiodes described above.
  • the diameter is determined according to the wavelength of light that passes through a color filter provided on the incident surface side of the photodiode.
  • a semiconductor imaging device of the present invention includes a plurality of photodiodes that convert incident light into an electrical signal, a color filter provided on the incident surface side of the photodiode, and at least a part of the plurality of photodiodes. And an auxiliary photodiode having a size corresponding to the wavelength of the transmitted light of the color filter force incident on the photodiode, disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode.
  • a semiconductor imaging device of the present invention includes a plurality of photodiodes that convert incident light into an electrical signal, a color filter provided on the incident surface side of the photodiode, and at least a part of the plurality of photodiodes. And a reflective layer having a size or a reflectance corresponding to the wavelength of transmitted light of the color filter force incident on the photodiode, which is disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode.
  • FIG. 1 is a diagram showing an array of semiconductor image sensors in the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the imaging apparatus according to the embodiment.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of the imaging device taken along III III
  • Figure 4 is an enlarged view of the IV part of the imaging device.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the incident angle and half-value wavelength of the optical filter in the embodiment.
  • Fig. 6 is an enlarged cross-sectional view of one pixel of a semiconductor imaging device.
  • FIG. 7 is a graph showing sensitivity characteristics with respect to the wavelength of the photodiode in the embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing sensitivity characteristics with respect to pixel size and wavelength of the semiconductor image sensor in the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the pixel size and the number of pixels of a semiconductor image sensor.
  • FIG. 10 is a diagram showing an array of semiconductor image sensors.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of one pixel of a semiconductor image sensor.
  • FIG. 12 is a graph showing sensitivity characteristics with respect to the wavelength of the photodiode in the embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of one pixel of a semiconductor image sensor.
  • FIG. 14 is a graph showing sensitivity characteristics with respect to the wavelength of the photodiode in the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor imaging device.
  • the overall configuration of an imaging apparatus provided with a semiconductor imaging element will be described with reference to FIG. 2 and thereafter, and then the configuration of the semiconductor imaging element will be described. Note that the configuration of the semiconductor imaging device described with reference to FIGS. 2 to 5 is common to all the embodiments.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the imaging apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the imaging apparatus 1 of FIG. 2 as viewed from the direction III
  • FIG. It is an enlarged view of IV part.
  • the imaging device 1 includes an aspheric lens 6a, 6b, an optical filter 5, a semiconductor imaging device 4, and a three-dimensional substrate 2 that holds these, arranged along the optical axis L.
  • a printed circuit board (FPC) 15 connected to the three-dimensional board 2 is provided.
  • FPC printed circuit board
  • the three-dimensional substrate 2 has a role of fixing the semiconductor imaging device 4 and also serves as a holding member for holding the optical filter 5.
  • the three-dimensional substrate 2 includes a cylindrical lens barrel portion 17 and a bottom portion 7 continuous with one end face of the lens barrel portion 17.
  • the lens barrel 17 side is referred to as the upward direction
  • the bottom 7 side is referred to as the downward direction.
  • the lens barrel portion 17 is located on the upper surface of the bottom portion 7 and extends upward and downward.
  • the bottom 7 has a recess formed in the center of the lower surface thereof.
  • a rectangular through hole 10 is formed in the bottom 7. The through hole 10 corresponds to the imaging area of the semiconductor image sensor 4.
  • the three-dimensional substrate 2 is made of glass-reinforced PPA (polyphthalamide resin) or the like, and is black to prevent transmission of visible light from the outside.
  • the three-dimensional substrate 2 is made of carbon black mixed with pellets and has a light transmittance of 0.5% or less.
  • the light transmittance it is desirable that light having a wavelength longer than that of visible light can be shielded.
  • the light transmittance may be appropriately selected according to the characteristics of the semiconductor imaging device 4 to be used. Yes, it is possible.
  • the lens holder 20 has a lens holder 20 in which the lens barrel 20 has a constant positional relationship with two aspherical lenses (hereinafter abbreviated as “lenses”) 6a and 6b having different optical characteristics.
  • the lens 6 is configured.
  • the lens holder 20 is connected to the lens barrel via the adjustment ring 21. It is fixed to the outside of the part 17 with an adhesive or the like.
  • the adjustment ring 21 is disposed outside the lens holder 20.
  • the lens holder 20 and the adjustment ring 21 are fixed by screwing a screw portion 20a provided on the lens holder 20 and a screw portion 21a provided on the adjustment ring 21.
  • the lens holder 20 is formed with a diaphragm 3 for introducing light into the lens barrel portion 17.
  • the aperture of the diaphragm 3 is narrowed by the force inside the lens barrel portion 17.
  • the lens 6 a resin that satisfies necessary optical characteristics such as transmittance and refractive index is used.
  • the trade name ZEONEX (registered trademark) manufactured by Nippon Zeon can be used.
  • a so-called pan-focus configuration is adopted in which a two-lens configuration forms an image farther than a certain distance. In this embodiment, it is adjusted to focus on a subject farther than about 30 cm! RU
  • the optical filter 5 is mounted on the upper surface of the bottom 7 where the through hole 10 is formed so as to cover the through hole 10.
  • the optical filter 5 cuts unnecessary infrared light and transmits light having a wavelength in the visible region.
  • a crystal filter or a filter made of glass with an IR coating is used as the optical filter 5, and ultraviolet light is cut.
  • An IR (Infra Red) force coat is applied to one side of the substrate, and an AR (Anti Reflection) coating for antireflection is applied to the other side.
  • the IR coat is formed, for example, by vapor-depositing silicon dioxide (Si02) 'titanium oxide (Ti02) on glass.
  • the AR coat is formed, for example, by vapor-depositing magnesium fluoride (MgF2) ⁇ acid-titanium (Ti02) 'acid-zirconium (Zr02) on glass.
  • MgF2 magnesium fluoride
  • Ti02 acid-titanium
  • Zr02 acid-zirconium
  • the IR cut coat can be appropriately selected depending on the film configuration and the number of laminated layers of the AR coat depending on the characteristics of suppressing transmission / reflection in the visible light region and outside the region.
  • FIG. 5 is a diagram showing the spectral characteristics of the optical filter 5 in the present embodiment.
  • the transmittance in the visible light region with a wavelength of about 400 nm to 750 nm is almost 93% or more. In the outer band, the transmittance is sufficiently low. This spectral characteristic can be changed as appropriate.
  • the optical filter 5 By providing the optical filter 5, the generation of noise due to the incidence of light other than visible light on the semiconductor imaging device 4 is reduced.
  • a groove 11 is formed on the surface on which the optical filter 5 is mounted (see FIG. 4). As a result, when the imaging device 1 is manufactured, air that is expanded by heat applied from the outside due to curing of the adhesive or the like can be released from the groove 11.
  • the semiconductor imaging device 4 On the lower surface of the bottom 7 where the through hole 10 is formed, the semiconductor imaging device 4, a chip component (not shown), and the like are mounted (see FIG. 4).
  • a connection land 7c for bare mounting of the semiconductor image pickup device 4 and a bump 8 of the semiconductor image pickup device 4 are bonded with a conductive adhesive 8a and sealed with a sealing agent 9.
  • a wiring pattern 7b of copper base, nickel, and gold is formed by electroless plating.
  • the connection land 7c and the terminal portion 7a (see FIG. 2) provided outside the bottom portion 7 of the three-dimensional board 2 are electrically connected by the wiring pattern 7b.
  • the terminal portion 7a is connected to a connection land 15a with the FPC 15 by solder 16.
  • the image signal obtained by the semiconductor image pickup device 4 and a chip component (not shown) and the electric signal such as the control signal from the outside (power supply) are transmitted / received via the wiring pattern 7b.
  • the semiconductor image sensor 4 is a 1Z4 SXGA CCD sensor with about 1.3 million pixels, and converts the incident light into the required electrical signal.
  • the semiconductor image sensor 4 outputs an image signal with an aspect ratio of 4: 3 and 15 frames per second.
  • the semiconductor image pickup device 4 is connected to the connection land 7c provided on the three-dimensional substrate 2 by SBB (Stud
  • the output from the semiconductor image pickup device 4 is led to a terminal portion 7a connected to an external FPC 15 provided on the bottom portion 7 via a wiring pattern 7b.
  • a wiring pattern 7b the configuration of the semiconductor imaging device 1 common to all the embodiments has been described.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing one pixel of the semiconductor image sensor 4.
  • the micro lens 50, color filter 51, inner lens, protective film 52, A1 wiring 'mask 53, insulating layer 54, polysilicon 55, etc. are provided on the light incident side of the photodiode 56. Being Yes.
  • the microlens 50 collects the light that has passed through the optical filter 5 and causes the light to enter the photodiode 56.
  • the position of the center of the microlens 50 in the direction of the center of the semiconductor image pickup device 4 is shifted according to the direction of the central force of the semiconductor image pickup device 4 toward the periphery. This is a method called scaling. By the scaling, deterioration of the characteristics of the photodiode 56 in the peripheral portion of the semiconductor image sensor 4 is prevented.
  • the pitch of the microlenses 50 (A dimension in the figure) is called a pixel pitch.
  • the opening of the A1 wiring mask (size B in the figure) is the opening size for the photodiode 56. Normally, dimension B is set to about half of dimension A.
  • the color filter 51 includes a filter that transmits light of red (R) wavelength, a filter that transmits light of blue (B) wavelength, and a filter that transmits light of green (G) wavelength. This is a primary color filter. In FIG. 6, since one pixel is described, the color filter 51 transmits one of RGB wavelengths. By providing the color filter 51, the photodiode 56 can extract an RGB color signal as an output.
  • FIG. 7 is a diagram showing the sensitivity characteristic with respect to the wavelength of the photodiode 56.
  • the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the sensitivity.
  • the photodiode has sensitivity up to the near infrared region.
  • the metal foil 14 provided on the back surface of the FPC 15 prevents invasion of visible light and infrared light.
  • the sensitivity for each color is compared by integrating the sensitivity characteristics. Sensitivity varies depending on the characteristics of the color filter and the characteristics of the pigments used.
  • the semiconductor image pickup device 4 of the present embodiment will be described.
  • the height dimension of the pixel is changed for each line.
  • the side in the height direction of the pixel of the line L1 in which G and R are arranged is configured to be longer than the side in the height direction of the pixel in the line L2 in which B and G are arranged.
  • the side in the height direction of the pixel in line L2 where B and G are arranged is 1.
  • the side in the height direction of line L1 where G and R are arranged are 2. O / zm.
  • the side in the height direction of line L1 where G and R are arranged is lengthened.
  • the opening of the photodiode 56 in the line L1 in which G and R are arranged is enlarged.
  • the opening of the photodiode 56 is schematically shown by a one-dot chain line. As shown in Fig. 1, the opening has a rectangular shape. The diameter of each opening is determined according to the wavelength of light passing through the color filter 51. That is, the diameter of the opening is made longer than the wavelength of the light that passes through the color filter 51. Since the R pixel has a longer wavelength of light transmitted through the color filter 51 than the G pixel, the R pixel opening 40 is larger than the G pixel opening 41.
  • FIG. 8 is a diagram in which the pixel size of the semiconductor image sensor and the sensitivity characteristics with respect to each wavelength are obtained by simulation.
  • the horizontal axis represents the pixel size
  • the vertical axis represents the relative value of the photodiode output.
  • Pixel size means the length of one side of a square pixel. For example, indicates a square pixel with a side of 2 m.
  • an opening having a shape about half the pixel size was used.
  • Figure 8 shows that when the pixel size is 1.5 ⁇ m, the sensitivity decreases by approximately 15% at 65 Onm near the sensitivity center of R and approximately 5% at 550 nm near the sensitivity center of G. You can see that Therefore, if the aperture is increased by about 15% for the R pixel and the aperture is increased by about 5% for the G pixel, it is possible to prevent deterioration of the sensitivity and obtain a good image quality. I can understand. Increasing the aperture also reduces the effect of reduced output due to the nature of the wave, so the actual aperture can be made slightly smaller than these values, but as appropriate while looking at the characteristics of the imaging device 1. It is desirable to select.
  • the sensitivity degradation is about 2%, so there is no need to increase the aperture.
  • the force to change the size of the pixel depending on the pixel row is sufficient to increase the diameter of the opening so as to cope with the decrease in the output of the photodiode.
  • the present invention is not limited to this embodiment. . Further, it is obvious that the method can be selected appropriately depending on the process of the semiconductor image pickup device. According to this embodiment, even when the pixel size is 1.5 ⁇ m, the RGB sensitivity can be made substantially the same, and deterioration of image quality can be prevented.
  • the configuration of the imaging device 1 according to the present embodiment has been described above.
  • the wavelength length and relative sensitivity decrease significantly. This is probably because the characteristics of the light wave cannot be ignored if the size of the pixel opening becomes as large as the wavelength. If the pixel size is 2.5 m or more, the light wave characteristics can be ignored, but if the pixel size is 2 m or less, the sensitivity of the pixel corresponding to the long wavelength is lowered, and the image quality is considered to deteriorate. .
  • the limit of downsizing and thinning of the imaging device is governed by the pixel size.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the pixel size of the semiconductor image sensor and the number of pixels for each size of the imaging device.
  • the horizontal axis indicates the pixel size
  • the vertical axis indicates the number of pixels. From Fig. 9, it can be seen that as the size of the image sensor decreases, the pixel size tends to decrease and the number of pixels tends to increase.
  • the arrow TR in the figure indicates the trend of the equipment.
  • a 1 million pixel class image sensor has a 1Z2 force that is only about 1Z3 type (corresponding to inches).
  • 1Z4 type Currently, it is realized with the 1Z4 type.
  • the pixel size will be about / z m. Therefore, it is expected that the problem of image quality deterioration due to the above-described characteristics as the wave of light will surface.
  • the photodiode 56 is not sensitive to the uniform arrangement of square pixels of the same size as in the conventional so-called Bayer semiconductor imaging device shown in FIG.
  • the pixel size is changed according to the wavelength. Specifically, for the photodiode 56 having sensitivity to a long wavelength, the pixel size is increased, thereby increasing the opening. By making the size of the opening larger than the wavelength of light, it is possible to prevent a decrease in sensitivity due to the characteristics as the wave of light.
  • the size of the semiconductor imaging device 4 can be reduced by reducing the pixel size.
  • the force described in the example in which the pixel size is changed in the Bayer array can be appropriately changed by applying the idea of the present invention to the image sensor of other arrays.
  • the force opening in which the opening of the photodiode 56 is rectangular may be changed to an ellipse, a circle, a hexagon, or the like.
  • the force described for the example having the same size opening may change the size of the opening for the same color pixel.
  • the overall sensitivity may be improved by 5% by combining a large aperture and a small aperture.
  • the peripheral pixel of the semiconductor imaging device 4 in which the incident angle with respect to the optical filter 5 increases it is good also as a structure which increases the diameter of opening from the center vicinity. This point will be described in detail.
  • the optical filter 5 is a reflection type as described above, a multilayer film is attached to one side.
  • the incident angle increases, the optical path length becomes relatively long with respect to the multilayer film. Therefore, the increase in the incident angle is considered to be equivalent to the thicker multilayer film, and the half-value position on the long wavelength side shifts to the short wavelength side.
  • FIG. 5 shows the relationship between the incident angle with respect to the optical filter 5 and the transmittance.
  • the solid line, the broken line, and the two-dot chain line indicate the transmittance characteristics when the incident angles to the optical filter 5 are 0 °, 10 °, and 20 °, respectively.
  • the incident angle is changed to 10 ° and 20 °
  • the half-value position on the long wavelength side shifts to approximately 5 nm and lOnm short wavelength side compared to the incident angle of 0 °.
  • the target was 745nm and 740nm.
  • the incident angle In order to reduce the thickness, the incident angle must be increased in the peripheral pixels. Therefore, by setting the aperture diameter larger than the vicinity of the center of the peripheral pixel of the semiconductor image sensor where the incident angle with respect to the optical filter 5 is large, the image quality of the peripheral pixel due to the increase of the incident angle is obtained. Deterioration can be reduced.
  • the peripheral pixel of the semiconductor imaging device 4 As a method of obtaining the diameter of the opening in this case, for example, the peripheral pixel of the semiconductor imaging device 4 Then, the aperture diameter that reduces the influence of the incident angle is obtained, and after obtaining the aperture diameter corrected for the sensitivity deterioration due to the nature of the wave, the overall optimization is performed. Conversely, the peripheral pixel may be corrected after obtaining the overall aperture diameter.
  • the method for obtaining the diameter of the opening can be appropriately changed according to the characteristics of the imaging device.
  • the imaging device of the second embodiment has the same basic configuration as the imaging device 1 of the first embodiment, but the three-dimensional substrate 2 is configured not to transmit visible light and near infrared light. Is different.
  • the configuration that does not transmit visible light and near-infrared light means a configuration that does not substantially deteriorate image quality.
  • the specific transmittance is about 0.5% or less, preferably 0.2% or less. In this embodiment, it is about 0.15%.
  • the three-dimensional substrate 2 in the present embodiment has an effective dispersibility of the resin material (PAA) for the visible light and the short wavelength side, carbon black, and shelf silicate glass that absorbs ultraviolet light. To make up.
  • PAA resin material
  • the transmittance of visible light and near-infrared light is sufficiently low with respect to the sensitivity range of the semiconductor imaging device 4.
  • the thickness of the resin on the three-dimensional substrate is also optimized by evaluating the deterioration of the image. Long-wavelength near-infrared light is transmitted deeper. It is important to fully consider this point because it is easy.
  • the three-dimensional board 2 is configured not to transmit visible light and near infrared light, a mobile phone without providing a light shielding member for blocking extra light to the imaging device 1 or the like It can be mounted on other equipment. As a result, the degree of freedom of design of the portable device is increased, the device can be downsized, and convenience can be improved.
  • the basic configuration of the imaging device of the third embodiment is the same as that of the semiconductor imaging device 1 of the first embodiment described with reference to FIGS.
  • FIG. 11 is an enlarged view showing one pixel of the semiconductor image sensor 4.
  • the basic configuration of the semiconductor imaging device 4 is the same as that of the semiconductor imaging device 4 in the first embodiment described in FIG.
  • the semiconductor imaging device 4 includes a photodiode 56 and a photodiode 57.
  • a micro lens 50, a color filter 51, an inner lens, a protective film 52, an A1 wiring'mask 53, an insulating layer 54, a polysilicon 55, and the like are provided.
  • the photodiode 56 and the photodiode 57 are arranged so that the respective incident surfaces face the same direction.
  • the photodiode 57 is an auxiliary photodiode that is disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56 and detects light transmitted through the photodiode 56.
  • the photodiode 56 and the photodiode 57 use the same type of photodiode. In this embodiment, the photodiode 56 and the photodiode 57 use the same type of photodiode.
  • the photodiode 56 and the photodiode 57 may use photodiodes having different characteristics and shapes. ,.
  • the outputs of the photodiode 56 and the photodiode 57 are added and led to a reading circuit (not shown). As in the conventional method, the readout method transfers charges horizontally and vertically. To send. With this configuration, the outputs of the photodiodes 56 and 57 can be taken out.
  • the size of the photodiode 57 is determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident side of the photodiode 56.
  • a color filter 51 that transmits light having a long wavelength is provided, a large photodiode 57 is used, and when a color filter 51 that transmits light having a short wavelength is provided, a small photodiode 57 is used. Further, when the color filter 51 that transmits light having a short wavelength is provided, the photodiode 57 may not be provided.
  • the size of the photodiode 57 is set so as to compensate for a decrease in sensitivity due to a reduction in pixel size.
  • the photodiode 56 provided with the color filter 51 that transmits R (650 nm), which has a large sensitivity decrease is provided with a large photodiode size 57, and transmits G (550 nm), which has a small sensitivity decrease.
  • a photodiode 57 having a small size is arranged in the photodiode 56 provided with the color filter 51.
  • the large size photodiode 57 is more sensitive than the small! / Size photodiode 57, so the degree of sensitivity reduction can be compensated for.
  • the output obtained by adding the photodiode 56 and the photodiode 57 is made constant.
  • FIG. 12 is a diagram showing the wavelength ⁇ and sensitivity characteristics for each primary color (RGB) pixel of the semiconductor imaging device 4 of the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the sensitivity.
  • This photodiode is made of silicon and has sensitivity up to the near infrared region. Sensitivity to blue pixels when the pixel size is 2.5 m (spectral sensitivity) 60, as well as green Sensitivity to color 61 and sensitivity 62 to red are shown. Further, the output 63 of the photodiode 57 and the output 64 of the photodiode 57 are shown for red when the pixel size is 1.5 ⁇ m. The spectral characteristics of the output 63 of the photodiode 56 and the output 64 of the photodiode 57 are slightly different. This is presumably because the short wavelength component attenuates more and reaches the lower photodiode 57.
  • the photodiode 56 has sensitivity up to the near-infrared region. Since light with a long wavelength is difficult to attenuate, it is necessary to consider incident light from the back side of the device.
  • the metal foil 14 provided on the back surface of the FPC 15 prevents invasion of visible light and infrared light.
  • the sensitivity for each color is compared by integrating the sensitivity characteristics. Sensitivity varies depending on the characteristics of the color filter and the characteristics of the pigments used.
  • the configuration of the imaging device 1 according to the present embodiment has been described above.
  • a photodiode 57 is disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56. Thereby, the light incident on the semiconductor image sensor 4 is detected by both the photodiode 56 and the photodiode 57, and the detection signal is added, so that the sensitivity of the semiconductor image sensor 4 can be increased.
  • the size of the photodiode 57 is determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident surface side of each photodiode 56.
  • the photodiode 57 provided with the color filter 51 that transmits light having a long wavelength compensates for the wave optical effect by increasing its sensitivity, and the force does not decrease. Characteristics can be realized.
  • the output 63 of the photodiode 56 and the output 64 of the photodiode 57 are added to compensate for the output drop of the photodiode 63, and the red pixel size is 2. It is possible to extract a signal equivalent to that which is equivalent to the state where there is almost no decrease in output. Similarly, a decrease in output can be compensated for a green pixel.
  • the photodiode 56 and the photodiode 57 use the same type of photodiode, and the photodiode 56 and the photodiode 57 can both perform photoelectric conversion in the same manner. Therefore, there is an advantage that the conventional circuit and various corrections can be used as they are.
  • the image pickup apparatus can be reduced in size and thickness.
  • the incident pixel with respect to the optical filter 5 increases in the peripheral pixel.
  • the sensitivity may be increased from near the center.
  • the incident angle has to be large in the peripheral pixel.
  • the half-value position on the long wavelength side is increased in the peripheral part. Shifts to the short wavelength side.
  • the sensitivity for example, after obtaining the sensitivity to be reduced due to the influence of the incident angle with respect to the peripheral pixels of the semiconductor imaging device 4, and obtaining the sensitivity corrected for the sensitivity degradation, Perform optimization as a whole.
  • the peripheral pixels may be corrected after obtaining the sensitivity as a whole.
  • the method for obtaining the sensitivity can be changed as appropriate according to the characteristics of the imaging apparatus.
  • the basic configuration of the imaging device of the fourth embodiment is the same as that of the semiconductor imaging device 1 of the first embodiment described with reference to FIGS.
  • FIG. 13 is an enlarged view showing one pixel of the semiconductor image sensor 4.
  • the basic configuration of the semiconductor imaging device 4 is the same as that of the semiconductor imaging device 4 in the first embodiment described in FIG. As shown in FIG. 13, the semiconductor imaging device 4 includes a photodiode 56 that converts incident light into an electrical signal.
  • a microlens 50 On the light incident side of the photodiode 56, a microlens 50, a color filter 51, an inner lens, a protective film 52, an A1 wiring'mask 53, an insulating layer 54, polysilicon 55, and the like are provided.
  • the semiconductor imaging device 4 has a reflective layer 58 that reflects light transmitted through the photodiode 56 in the direction of the photodiode 56 on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56.
  • Aluminum is used for the reflective layer 58 as a silver-white metal.
  • Aluminum is easy to use because it is frequently used in semiconductors as electrodes and internal wiring. In addition, since the density is low, it can be realized in light weight, and the unit price is lower than other silver-white metals.
  • nickel or titanium can also be used as an example of other silver-white metal that uses aluminum. When nickel is used, electromagnetic shielding can be applied to the photodiode 56, which is advantageous in terms of EMI. Note that the material of the reflective layer and the thickness and size of the reflective film can be appropriately selected so as to obtain the required reflectance.
  • the size and reflectance of the reflective layer 58 are determined according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident surface side of the photodiode 56.
  • a color filter 51 that transmits light of a long wavelength is provided, a reflective layer 58 with a large size and reflectivity is used.
  • the reflective layer 58 having a small size and reflectance is used.
  • the reflective layer 58 may be omitted.
  • the size and reflectance of the reflective layer 58 are determined according to the wavelength of light transmitted by the color filter 51, but even if only the size of the reflective layer 58 or only the reflectance is changed. Good.
  • the size and the reflectance of the reflective layer 58 are set so as to compensate for the sensitivity reduction accompanying the reduction in pixel size.
  • the photodiode 56 provided with the color filter 51 that transmits R (650 nm) having a large sensitivity drop is provided with a reflective layer 58 having a large size and reflectivity to transmit G (550 nm) having a small sensitivity drop.
  • the photodiode 56 provided with the color filter 51 is provided with a reflective layer 58 having a small size and low reflectance. As the size and reflectivity of the reflective layer 58 increase, the sensitivity of the photodiode 56 increases.
  • the photodiode 56 photoelectrically converts light incident from the incident surface side where the color filter 51 is provided and light reflected by the reflective layer 58, and outputs an electrical signal.
  • the output of the photodiode 56 is led to a readout circuit (not shown).
  • the readout method transfers charges horizontally and vertically as in the conventional method. With this configuration, the output of the photodiode 56 can be taken out.
  • FIG. 14 is a diagram showing sensitivity characteristics of the photodiode 56 with respect to wavelength.
  • the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the sensitivity.
  • This photodiode is made of silicon and is sensitive to the near infrared region. For blue pixels when the pixel size is 2.5 m Sensitivity (spectral sensitivity) 60 is shown, as well as sensitivity 61 for green and sensitivity 62 for red. Further, the output 63 of the photodiode 56 for red when the pixel size is 1.5 / zm and the output 65 of the photodiode due to the light re-entered by the reflection layer 58 are shown.
  • the light splitting characteristics slightly change between the output 63 of the photodiode 56 and the output 65 due to the light re-entered by the reflection layer 58. This is probably because the wavelength is short and the components are attenuated more and reach the reflection layer 58.
  • the photodiode 56 has sensitivity up to the near infrared region. Since light with a long wavelength is difficult to attenuate, it is necessary to consider incident light from the back side of the device.
  • the metal foil 14 provided on the back surface of the FPC 15 prevents invasion of visible light and infrared light.
  • the sensitivity for each color is compared by integrating the sensitivity characteristics. Sensitivity varies depending on the characteristics of the color filter and the characteristics of the pigments used.
  • the configuration of the imaging device 1 according to the present embodiment has been described above.
  • the reflective layer 58 is disposed on the opposite side of the incident surface of the photodiode 56. As a result, the light transmitted through the photodiode 56 is reflected by the reflection layer 58 and is incident on the photodiode 56 again. Therefore, the sensitivity of the photodiode 56 can be increased.
  • the imaging device 1 of the present embodiment determines the size and reflectance of the reflective layer 58 according to the wavelength of light transmitted through the color filter 51 provided on the incident surface side of each photodiode 56. ing. That is, when the color filter 51 that transmits light having a long wavelength is provided, the amount of reflected light is increased and the sensitivity of the photodiode 56 is increased by using the reflective layer 58 having a large size and reflectivity. As a result, in a photodiode having sensitivity to light having a long wavelength, it is possible to realize the characteristics as if the sensitivity is not lowered by compensating the wave optical effect.
  • the output 63 of the photodiode 56 and the output 65 of the reflective layer 58 are By calculating, the red pixel size is equivalent to 2. That is, it can be taken out with almost no decrease in output. Similarly, for the green pixel, the reduction in output can be reduced by the light re-entered by the reflective layer 58.
  • the force reflection layer 58 described in the example in which silver-white metal is used as the reflection layer 58 may be formed of a semiconductor.
  • a reflective layer made of a semiconductor can be obtained by stacking layers having different refractive indexes depending on the material to be doped.
  • the pixel size is reduced to about 1 ⁇ m, it is preferable to provide the reflective layer 58 for all pixels corresponding to RGB. It is also desirable to select the sensitivity so that the sensitivity ratio of each RGB is balanced. As a result, the image pickup apparatus can be reduced in size and thickness.
  • the peripheral pixel of the semiconductor imaging device 4 in which the incident angle with respect to the optical filter 5 becomes large the sensitivity may be increased from near the center.
  • the incident angle has to be large in the peripheral pixel.
  • the half-value position on the long wavelength side is increased in the peripheral part. Shifts to the short wavelength side.
  • the peripheral pixel of the semiconductor image sensor in which the incident angle with respect to the optical filter 5 is increased is increased.
  • the sensitivity is higher than that in the vicinity of the center, it is possible to reduce image quality deterioration of peripheral pixels due to an increase in incident angle.
  • the sensitivity for example, after obtaining the sensitivity to be reduced due to the influence of the incident angle with respect to the peripheral pixels of the semiconductor imaging device 4, and obtaining the sensitivity corrected for the sensitivity deterioration, Perform optimization as a whole.
  • the peripheral pixels may be corrected after obtaining the sensitivity as a whole.
  • the method for obtaining the sensitivity can be changed as appropriate according to the characteristics of the imaging apparatus.
  • the present invention is useful as a mobile terminal, a mobile phone, or the like that includes an imaging device using a semiconductor imaging device.

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Abstract

　撮像装置は、複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、被写体からの光を半導体撮像素子に導く撮像光学系とを備え、半導体撮像素子のそれぞれのフォトダイオードの開口の径（４０）（４１）は、そのフォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタを透過する光の波長に応じて決定されている。これにより、半導体撮像素子を用いたカメラモジュールにおいて、画素サイズが微細化して波動の影響を受ける範囲において撮像装置の画質劣化を防止し小型・薄型化を可能となる。

Description

明 細 書
撮像装置
関連する出願
[0001] 本出願では、 2005年 7月 21日に日本国に出願された特許出願番号 2005— 210 882、特許出願番号 2005— 210883、特許出願番号 2005— 210886の禾 IJ益を主 張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれて 、るものとする。 技術分野
[0002] 本発明は、半導体撮像素子を用いた撮像装置に関し、特に携帯端末や携帯電話 などの小型端末に用いられる撮像装置に関する。
背景技術
[0003] 従来、半導体撮像素子を用いた撮像装置は、特開 2004— 327914号公報に記載 されて ヽるように、レンズ等の撮像光学系と CCD等の半導体撮像素子を備えた構成 を有する。そして、撮像装置は、撮像光学系を通じて入射した被写体力もの光を半導 体撮像素子によって電気信号に変換し、映像を取り出していた。携帯用機器の小型 化に伴い、撮像装置も小型化、軽量ィ匕が一層求められてきた。このため、撮像装置 の各構成部品を極力薄くすることによって撮像装置の薄型化が実現されていた。
[0004] 撮像素子に関しては、高画素数への移行と小型化が指向されてきた。結像光学系 においては、通常、画素サイズの同程度の最小錯乱円となるように設計されていた。 さらに小型化、高画素が進むに従って、スネルの法則などによる光線追跡に加えて、 光の波動性を考慮しなければならないような領域に入ってくることが予測される。
[0005] 特開 2004— 200231号公報には、フォトダイオードの開口が 1 μ m以下の場合に は、例えば、赤色の光の波長（0. 650 ^ m)において、波動光学的な効果を考慮す ることが必要であることが指摘されている。そして、画素からの信号を垂直伝送する電 極に赤色の感度域を設ける提案がなされて 、る。
[0006] また、特表 2002— 513145号公報には、半導体基板の厚さ方向に異なる色に対 するフォトダイオードを配置する形態の素子が開示されている。同公報には、波長の 長い光は、波長の短い光に比べて、半導体基材の奥まで到達することが開示されて いる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上述したように、従来の撮像装置においては、装置を小型'薄型化するために構成 部品を小型化し、結像光学系につ 、ても非球面のガラスレンズなどを用いて高性能 ィ匕を図ってきた。
[0008] しかし、半導体撮像素子を小型化して高画素数にするために、画素の微細化をさら に進めると、従来の開発技術を応用できなくなるため、新たなブレークスルーが必要 となった。例えば、特開 2004— 200231号公報に開示されている波動光学的な効 果を考慮することが必要となってきた。
[0009] 一方、従来の撮像装置にお!、ては、通常、 2次元に各色フィルタに対応する画素を 配列しており、例えば、べィヤー配列などがよく知られている。また、この配列に対応 する多くの読み出し方法や、色補正の方法がある。これらの資源を有効に活用できる ような小型かつ薄型で、し力も高画素数の撮像装置が要望されて 、る。
[0010] 本発明は、上記背景に鑑み、小型化、薄型化と高画素化に対応できる撮像装置を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の撮像装置は、複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導 体撮像素子と、被写体力もの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系とを備え、 前記半導体撮像素子のそれぞれのフォトダイオードの開口の径は、そのフォトダイォ ードの入射面側に設けられたカラーフィルタを透過する光の波長に応じて決定されて いる。
[0012] この構成により、撮像装置を小型化する際に、波動光学的な影響を受けやすい長 波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードの開口の径を他の波長に対応す るフォトダイオードの開口の径に比べて大きくすることができる。長波長側に感度を有 するフォトダイオードにお 、ても、波動光学的な影響を受けな 、ようにして出力低下 を防ぐと共に、撮像装置の小型化を実現することができる。
[0013] 上記撮像装置において、前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置さ れた光学フィルタを備え、前記半導体撮像素子のそれぞれのフォトダイオードの開口 の径は、そのフォトダイオードに対応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の 入射角度に応じて決定されている。
[0014] この構成により、入射角の増大に起因して生じる画質劣化を低減できる。光学フィ ルタの特性として、入射角が大きくなると光学フィルタの半値波長が短波長側にシフ トする。これに伴って長波長側の赤色の減衰が大きくなるので画質の劣化が進むが、 長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードの開口の径を他の波長の光に 対応するフォトダイオードの開口の径に比べて大きくすることにより、画質劣化を防止 することができる。
[0015] 上記撮像装置において、前記半導体撮像素子の同一ラインの画素の高さは同一 である。
[0016] この構成により、ライン単位での画素サイズの高さ方向の大きさを同じとするので、 半導体撮像素子の内部電極の配線が容易になるとともに、レイアウト設計の自由度を 増すことができる。
[0017] 本発明の撮像装置は、複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導 体撮像素子と、被写体力もの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系とを備え、 前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォト ダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を検出するため の補助のフォトダイオードを有する。
[0018] この構成により、入射面側にあるフォトダイオードを透過した光が補助のフォトダイォ ードに入射されるので、各フォトダイオードの出力が加算され、一の画素からの出力 を高めることができる。なお、補助のフォトダイオードは一つに限らず、何個あってもよ い。また、複数のフォトダイオードのうち、撮像装置を小型化する際に波動光学的な 影響を受けやすい長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードに対して補 助のフォトダイオードを配置する構成とすれば、長波長側に感度を有するフォトダイ オードの感度を高め、波動光学的な影響による出力低下を補償すると共に、撮像装 置の小型化を実現することができる。一般的に長波長の光の方が半導体チップの奥 まで到達するので、フォトダイオードを重ねて配置しても効率的に出力を高めることが でき、波動光学的な影響を受け易い長波長の光に対する感度を高めることができる。
[0019] 上記撮像装置にお!、て、前記補助のフォトダイオードのサイズは、そのフォトダイォ ードの入射面側に設けられたカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定される
[0020] この構成により、カラーフィルタが透過する光の波長に応じて、補助のフォトダイォ ードによって感度を高める程度を決定することができる。例えば、長い波長の光を透 過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光学的な影響が大き ヽ ので、補助のフォトダイオードのサイズを大きくして感度を高める程度を大きくする。 短 、波長の光を透過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光学 的な影響が小さ 、ので、補助のフォトダイオードのサイズを小さくして感度を高める程 度を小さくする。これにより、波長によって異なる波動光学的な影響を波長ごとに補償 し、撮像装置全体の感度のバランスをとることができる。
[0021] 上記撮像装置は、前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光 学フィルタを備え、前記補助のフォトダイオードのサイズは、そのフォトダイオードに対 応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されている
[0022] この構成により、入射角の増大に起因して生じる画質劣化を低減できる。光学フィ ルタの特性として、入射角が大きくなると光学フィルタの半値波長が短波長側にシフ トする。これに伴って長波長側の赤色の減衰が大きくなるので画質の劣化が進むが、 長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードのサイズを他の波長の光に対 応するフォトダイオードのサイズに比べて大きくすることにより、画質劣化を補償するこ とがでさる。
[0023] 本発明の撮像装置は、複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導 体撮像素子と、被写体力もの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系とを備え、 前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォト ダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を反射する反射 層を有する。
[0024] この構成により、フォトダイオードを透過した光が反射層にて反射され、再度フォトダ ィオードに入射されるので、フォトダイオードの出力を高めることができる。また、複数 のフォトダイオードのうち、撮像装置を小型化する際に波動光学的な影響を受けやす い長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードに対して反射層を配置する 構成とすれば、長波長側に感度を有するフォトダイオードの感度を高め、波動光学的 な影響による出力低下を補償すると共に、撮像装置の小型化を実現することができる 。一般的に長波長の光の方が半導体チップの奥まで到達するので、カラーフィルタ が長い波長の光を透過する場合には、フォトダイオードの入射面の反対側に反射層 を配置しても効率的に出力を高めることができ、波動光学的な影響を受け易い長波 長の光に対する感度を高めることができる。
[0025] 上記撮像装置にお!、て、前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイォー ドの入射面側に設けられたカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定される。
[0026] この構成により、カラーフィルタが透過する光の波長に応じて、反射層のサイズまた は反射率を変えて、感度を高める程度を決定することができる。例えば、長い波長の 光を透過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光学的な影響が 大き 、ので、反射層のサイズまたは反射率を大きくして感度を高める程度を大きくす る。短い波長の光を透過するカラーフィルタが設けられたフォトダイオードは、波動光 学的な影響が小さいので、反射層のサイズまたは反射率を小さくして感度を高める程 度を小さくする。これにより、波長によって異なる波動光学的な影響を波長ごとに補償 し、撮像装置全体の感度のバランスをとることができる。
[0027] 上記撮像装置において、前記反射層は、銀白色の金属によって形成されている。
[0028] この構成により、簡単な工程で反射層を付加できる。また、銀白色の金属を用いる ので、可視光範囲にて反射層力もの反射率をほぼ一定とすることができ、色再現性 が良好となる。さらに、半導体撮像素子の裏面側力もの特に近赤外光などの不要な 入射光を遮光でき、不要光による画質劣化を低減できる。
[0029] 上記撮像装置において、前記反射層は、半導体によって形成されている。
[0030] この構成により、ドープする材料によって屈折率を変化させて反射層を形成できる ので、工程変更を要せず、通常の拡散プロセスの中で反射層を形成できる。また、多 層反射層も容易に形成できる。 [0031] 上記撮像装置は、前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光 学フィルタを備え、前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードに対 応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されている
[0032] この構成により、入射角の増大に起因して生じる画質劣化を低減できる。光学フィ ルタの特性として、入射角が大きくなると光学フィルタの半値波長が短波長側にシフ トする。これに伴って長波長側の赤色の減衰が大きくなるので画質の劣化が進むが、 長波長側にある赤色画素に対応するフォトダイオードのサイズを他の波長の光に対 応する反射層のサイズに比べて大きくする、若しくは反射率を高めることにより、画質 劣化を防止することができる。
[0033] 上記撮像装置は、前記半導体撮像素子を収容する可視光および近赤外光を透過 しな!/ヽ立体基板を備えた構成を有する。
[0034] この構成により、可視光および近赤外光を透過しない立体基板の内部に撮像素子 が収容されるので、携帯電話等の携帯機器に実装する際に、撮像装置への光を遮る 遮光部材を設ける必要がなぐ小型化を図れる。また、立体基板に対して、半導体撮 像素子、撮像光学系を組み付けることができるので、作業性が向上する。
[0035] 上記撮像装置にお!、て、前記半導体撮像素子は、画素ピッチが 2ミクロン以下であ る。
[0036] 半導体撮像素子では、フォトダイオードの開口の径は画素ピッチの約半分なので、 画素ピッチが 2ミクロン以下になると、開口の径がそれに伴って小さくなり、波動光学 的な影響で、出力低下が生じる。本発明の構成によれば、出力低下の問題が生じる 波長の長い光が入射される開口の径を大きくする、あるいは、補助のフォトダイオード や反射層を設けることで、フォトダイオードの感度を大きくし、長波長側においても出 力低下を防止できる。
[0037] 本発明の携帯電話装置は、上記撮像装置を備えた構成を有する。
[0038] この構成により、本発明の撮像装置と同様に、長波長側に感度を有するフォトダイ オードにお 、ても波動光学的な影響を受けな 、ようにして出力低下を防ぐと共に、携 帯電話装置の小型化を実現することができる。また、長波長側に感度を有するフォト ダイオードにおいて感度を向上し、波動光学的な影響による出力低下を補償すると 共に、携帯電話装置の小型化を実現することができる。
[0039] 本発明の半導体撮像素子は、入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイォー ドと、フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタとを備え、それぞれの前 記フォトダイオードの開口の径は、そのフォトダイオードの入射面側に設けられたカラ 一フィルタを透過する光の波長に応じて決定されている。
[0040] この構成により、本発明の撮像装置と同様に、長波長側に感度を有するフォトダイ オードにお 、ても波動光学的な影響を受けな 、ようにして出力低下を防ぐと共に、半 導体撮像素子の小型化を実現することができる。
[0041] 本発明の半導体撮像素子は、入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイォー ドと、フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、前記複数のフォトダ ィオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に配置された、 そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタ力ゝらの透過光の波長に応じた サイズを有する補助のフォトダイオードとを備える。
[0042] この構成により、本発明の撮像装置と同様に、入射面側にあるフォトダイオードを透 過した光が補助のフォトダイオードに入射されるので、各フォトダイオードの出力が加 算され、一の画素からの出力を高めることができる。また、波長によって異なる波動光 学的な影響を波長ごとに補償し、半導体撮像素子全体の感度のバランスをとることが できる。
[0043] 本発明の半導体撮像素子は、入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイォー ドと、フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、前記複数のフォトダ ィオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の反対側に配置された、 そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタ力ゝらの透過光の波長に応じた サイズまたは反射率を有する反射層とを備える。
[0044] この構成により、本発明の撮像装置と同様に、フォトダイオードを透過した光が反射 層にて反射され、再度フォトダイオードに入射されるので、半導体撮像素子の出力を 高めることができる。また、波長によって異なる波動光学的な影響を波長ごとに補償 し、半導体撮像素子全体の感度のバランスをとることができる。 [0045] 以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開 示は、本発明の一部の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を 制限することは意図していない。
図面の簡単な説明
[0046] [図 1]図 1は、実施の形態における半導体撮像素子の配列を示す図
[図 2]図 2は、実施の形態の撮像装置を示す斜視図
[図 3]図 3は、撮像装置を III IIIで切断した断面図
[図 4]図 4は、撮像装置の IV部の拡大図
[図 5]図 5は、実施の形態における光学フィルタの入射角と半値波長の関係を示す図 [図 6]図 6は、半導体撮像素子の一画素を拡大した断面図
[図 7]図 7は、実施の形態におけるフォトダイオードの波長に対する感度特性を示す 図
[図 8]図 8は、実施の形態における半導体撮像素子の画素サイズと波長に対する感 度特性を示す図
[図 9]図 9は、半導体撮像素子の画素サイズと画素数の関係を示す図
[図 10]図 10は、半導体撮像素子の配列を示す図
[図 11]図 11は、半導体撮像素子の一画素を拡大した断面図
[図 12]図 12は、実施の形態におけるフォトダイオードの波長に対する感度特性を示 す図
[図 13]図 13は、半導体撮像素子の一画素を拡大した断面図
[図 14]図 14は、実施の形態におけるフォトダイオードの波長に対する感度特性を示 す図
発明を実施するための最良の形態
[0047] 以下に、本発明の詳細な説明を述べる。以下に説明する実施の形態は本発明の単 なる例であることが理解され、本発明が様々な態様に変形することができる。従って、 以下に開示する特定の構成および機能は、請求の範囲を限定するものではない。
[0048] 以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
(第 1の実施の形態） 図 1は、本実施の形態の撮像装置で用いられて！/ヽる半導体撮像素子にっ ヽて説明 する図である。本実施の形態の説明では、まず、図 2以降を参照して半導体撮像素 子を備えた撮像装置の全体構成について説明し、その後に、半導体撮像素子の構 成について説明する。なお、図 2〜図 5を用いて説明する半導体撮像装置の構成は 、すべての実施の形態に共通する。
[0049] 図 2は、本発明の第 1の実施の形態の撮像装置 1を示す斜視図、図 3は図 2の撮像 装置 1を ΠΙ— III方向からみた断面図、図 4は図 3における IV部の拡大図である。
[0050] 撮像装置 1は、図 3に示されるように、光軸 Lに沿って配置された非球面レンズ 6a、 6b、光学フィルタ 5、半導体撮像素子 4と、これらを保持する立体基板 2と、立体基板 2に接続されるプリント基板 (FPC) 15を備えている。 FPC15の下面には、半導体撮 像素子 4への下面からの可視光 ·赤外光の侵入を防止するための金属箔 14が張つ てある。本実施の形態において、立体基板 2は、半導体撮像素子 4を固定する役割 を有すると共に光学フィルタ 5を保持する保持部材としての役割を兼ね備えている。 立体基板 2は、筒形の鏡筒部 17と鏡筒部 17の一端面に連続する底部 7からなる。以 下の説明においては、鏡筒部 17側を上方向、底部 7側を下方向という。
[0051] まず、立体基板 2について説明する。鏡筒部 17は底部 7の上面に位置し、上下方 向に延在している。底部 7は、その下面の中央に凹みが形成されている。また、底部 7には、長方形の貫通穴 10が形成されている。貫通穴 10は、半導体撮像素子 4の撮 像エリアに対応している。
[0052] 立体基板 2は、ガラス強化 PPA (ポリフタルアミド榭脂)などで構成され、外部からの 可視光の透過を防ぐため黒色にしてある。立体基板 2には、カーボンブラックなどを ペレットに混鍊したものを用い、光の透過率は 0. 5%以下である。光透過率について は、可視光よりも波長の長い光に対しても遮光できることが望ましいが、赤外域の感 度を考慮して、使用する半導体撮像素子 4の特性に合わせて適宜選択することが可 能である。
[0053] 鏡筒部 17の筒内には、それぞれ光学的特性の異なる 2枚の非球面レンズ (以下レ ンズと略す） 6a、 6bと力 一定の位置関係が保持できるようにレンズホルダー 20に嵌 め込まれ、レンズ 6を構成している。レンズホルダー 20は、調整リング 21を介して鏡筒 部 17の外側に接着剤などによって固定されている。調整リング 21は、レンズホルダ 一 20の外側に配置されている。レンズホルダー 20と調整リング 21とは、レンズホルダ 一 20に設けられたネジ部 20aと調整リング 21に設けられたネジ部 21aとが螺合して 固定されている。
[0054] レンズホルダー 20には、鏡筒部 17の内部に光を導入するための絞り 3が形成され ている。絞り 3は、鏡筒部 17の内部に向力つて開口が狭くなつている。この構成により 、鏡筒部 17の内部に入射する光が、絞り 3の壁面に当たって散乱し、散乱光がレン ズに入射する現象を低減する。これにより、レンズへの不要光の入射を低減し、ゴー ストの発生を低減できる。
[0055] レンズ 6には、透過率や屈折率などの必要な光学特性を満たすような榭脂が用いら れている。例えば、 日本ゼオン製の商品名ゼォネックス (登録商標）を用いることがで きる。レンズ 6の構成については、 2枚構成で一定の距離より遠方で結像する、いわ ゆるパンフォーカスの構成を採用している。本実施形態においては、約 30cmより遠 方での被写体に対して焦点が合うように調整されて！、る。これらの構成や特性にっ ヽ ては、適宜選定することが可能である。
[0056] 光学フィルタ 5は、貫通穴 10が形成された底部 7の上面に、貫通穴 10を覆うように して装着される。光学フィルタ 5は、不要な赤外光をカットし、可視領域の波長の光を 透過する。光学フィルタ 5としては、水晶フィルタや、ガラスに IRコートと呼ばれるコー ティングを施したフィルタが用いられている。本実施の形態では、光学フィルタ 5の基 材には、棚珪酸ガラスを用い、紫外光をカットする。基材の片面に IR (Infra Red)力 ットコート、他面に反射防止の AR(Anti Reflection)コートが施されている。 IRコー トは、例えば、ガラスに対して、二酸ィ匕ケィ素（Si02) '酸化チタン (Ti02)などを蒸着 して形成する。 ARコートは、例えば、ガラスに対して、フッ化マグネシウム（MgF2) · 酸ィ匕チタン (Ti02) '酸ィ匕ジルコニウム (Zr02)などを蒸着して形成する。 IRカツトコ一 トゃ ARコートの膜構成および積層数にっ 、ては、可視光領域および領域外の透過 · 反射を抑制する特性により、適宜選択することができる。
[0057] 図 5は、本実施の形態における光学フィルタ 5の分光特性を示す図である。波長が 約 400nmから 750nmの可視光領域に対しての透過率がほぼ 93%以上で、それ以 外の帯域においては透過率を充分低くしてある。この分光特性についても適宜変更 することが可能である。光学フィルタ 5を備えることにより、半導体撮像素子 4に可視 光以外の光が入射されることに起因するノイズの発生を低減する。
[0058] なお、光学フィルタ 5が装着される面には、溝 11が形成されている（図 4参照)。これ により、撮像装置 1の製造時に、接着剤の硬化などで外部より加えられる熱で膨張す る空気を溝 11から逃がすことができる。
[0059] 貫通穴 10が形成された底部 7の下面には、半導体撮像素子 4および図示しないチ ップ部品等が装着される（図 4参照)。半導体撮像素子 4がベア実装されるための接 続ランド 7cと半導体撮像素子 4のバンプ 8は、導電性接着剤 8aによって接着され、封 止剤 9で封止されている。底部 7の下面には、無電解メツキにより、銅下地、ニッケル、 金の配線パターン 7bが形成されて 、る。接続ランド 7cと立体基板 2の底部 7の外側 に設けられた端子部 7a (図 2参照）とは、配線パターン 7bによって電気的に導通され ている。端子部 7aは、 FPC15との接続用ランド 15aに半田 16により接続されている。 半導体撮像素子 4および図示しないチップ部品等力 得られた映像信号および外部 からの制御信号'電源供給などの電気信号は、配線パターン 7bを経由して送受信さ れる。
[0060] 次に、半導体撮像素子 4について説明する。半導体撮像素子 4は、約 130万画素 数の 1Z4型 SXGAの CCD型センサであり、入射された光を所要の電気信号へと変 換する。半導体撮像素子 4は、画面のアスペクト比が 4 : 3、毎秒 15フレームの画像信 号を出力する。
[0061] 半導体撮像素子 4は、立体基板 2に設けられた接続ランド 7cに対して、 SBB (Stud
Bump Bond)により電気的に接続される。半導体撮像素子 4からの出力は、配線 ノターン 7bを経由して底部 7に設けられる外部の FPC15と接続する端子部 7aに導 出されている。以上、すべての実施の形態に共通する半導体撮像装置 1の構成につ いて説明した。
[0062] 図 6は、半導体撮像素子 4の一画素を拡大して示す図である。図 6に示すように、フ オトダイオード 56の光の入射側には、マイクロレンズ 50、カラーフィルタ 51、インナー レンズ、保護膜 52、 A1配線'マスク 53、絶縁層 54、ポリシリコン 55などが設けられて いる。
[0063] マイクロレンズ 50は、光学フィルタ 5を透過した光を集めてフォトダイオード 56に入 射させる。マイクロレンズ 50は、半導体撮像素子 4の中心力も周辺に向力 に従って 、マイクロレンズ 50の中心を半導体撮像素子 4の中心方向に位置をずらしてある。こ れは、スケーリングと呼ばれる方法である。スケーリングによって、半導体撮像素子 4 の周辺部におけるフォトダイオード 56の特性の低下を防止している。
[0064] マイクロレンズ 50のピッチ（図中の A寸法）は、画素ピッチと呼ばれる。 A1配線.マス クの開口部分（図中の B寸法）は、フォトダイオード 56に対しての開口寸法となる。通 常は、 B寸法が A寸法の約半分に設定されている。
[0065] カラーフィルタ 51は、赤 (R)の波長の光を透過するフィルタと、青（B)の波長の光を 透過するフィルタと、緑 (G)の波長の光を透過するフィルタとを備えた原色系のフィル タである。なお、図 6では、 1つの画素について説明しているので、カラーフィルタ 51 は、 RGBのいずれかの波長を透過する。カラーフィルタ 51を備えることにより、フォト ダイオード 56は RGBの色信号を出力として取り出すことができる。
[0066] 図 7は、フォトダイオード 56の波長に対する感度特性を示す図である。横軸は波長 を示し、縦軸は感度を示す。フォトダイオードは、図 7に示されるように、近赤外光の 領域まで感度を有して 、る。
[0067] 波長の長!、光は、減衰しにく!/、ため素子の裏面からの入光にも配慮することが必要 である。本実施の形態においては、 FPC15の裏面に設けた金属箔 14が可視光 '赤 外光の侵入を防止する。それぞれの色に対しての感度は、感度特性の値を積分して 比較する。感度は、色フィルタの特性や、用いる顔料系の色素の特徴などによって変 化する。
[0068] 次に、図 1を参照して、本実施の形態の半導体撮像素子 4について説明する。本実 施の形態では、図 1に示すように、画素の高さ方向の寸法をラインごとに変更してい る。 Gと Rが配列されたライン L1の画素の高さ方向の辺が、 Bと Gが配列されたライン L2の画素の高さ方向の辺より長く構成されている。例えば、 Bと Gが配列されたライン L2の画素の高さ方向の辺を 1. とし、 Gと Rが配列されたライン L1の高さ方向の 辺を 2. O /z mとする。このように、 Gと Rが配列されたライン L1の高さ方向の辺を長く することにより、 Gと Rが配列されたライン L1におけるフォトダイオード 56の開口を大き くでさる。
[0069] 図 1において、フォトダイオード 56の開口部を一点鎖線で模式的に示す。図 1に示 すように、開口は矩形の形状を有している。各開口部の径は、カラーフィルタ 51を透 過する光の波長に応じて決定する。すなわち、開口の径は、カラーフィルタ 51を透過 する光の波長より長くなるようにする。 Rの画素はカラーフィルタ 51を透過する光の波 長が Gの画素より長いので、 Rの画素の開口部 40は Gの画素の開口部 41より大きい
[0070] 図 8は、半導体撮像素子の画素サイズと各波長に対する感度特性をシミュレーショ ンにより求めた図である。図 8において、横軸は画素サイズ、縦軸はフォトダイオード の出力の相対値を示す。画素サイズは、正方形画素の一辺の長さを意味する。例え ば とは、一辺が 2 mの正方形画素を示す。フォトダイオードは、開口部が画素 サイズの約半分の形態のものを用いた。
[0071] 図 8力ら、画素サイズが 1. 5 μ mの場合には、 Rの感度中心近傍の 65 Onmで約 15 %、 Gの感度中心近傍の 550nmで約 5%程度の感度が低下していることが読み取 れる。従って、 R画素に対しては、約 15%開口を大きくし、 G画素に対しては、約 5% 開口を大きくするようにすれば感度の劣化が防止でき良好な画質が得られることが理 解できる。開口を大きくすることによって、波動の性質による出力低下の影響も小さく なるので、実際の開口は、これらの値よりは若干小さくすることも可能であるが、撮像 装置 1としての特性を見ながら適宜選定することが望ましい。 B画素については、画 素サイズが 1. 5 μ mの場合には感度劣化が約 2%程度であるので開口を大きくする 必要はない。この実施の形態では画素の列によって画素のサイズを変更するようにし た力 フォトダイオードの出力の低下に対応するように開口の径を大きくすればよぐ 本実施の形態に限定されるものではない。また、半導体撮像素子のプロセスにより適 宜その方法については選択できることは明らかである。本実施の形態によれば、画素 サイズが 1. 5 μ mの場合にもほぼ、 RGBの感度を同じとすることができ、画質の劣化 が防止できる。以上、本実施の形態の撮像装置 1の構成について説明した。
[0072] 次に、本発明の撮像装置 1の効果についての説明に先立って、半導体撮像素子の 画素サイズと感度の関係につ 、て述べる。
[0073] 図 8から分力るように、画素サイズが小さくなると波長の長 、方の相対感度の低下が 顕著になる。画素サイズ力 、さくなつてフォトダイオードの開口部が波長と同程度の 大きさになると、光の波動としての特性を無視できなくなることが原因と考えられる。画 素サイズが 2. 5 m以上では、光の波動としての特性を無視できるが、画素サイズ 2 m以下になると、長波長に対応した画素の感度が低下し、画質の劣化が生じると 考えられる。撮像装置の小型化'薄型化の限界は、画素サイズによって支配される。
[0074] 図 9は半導体撮像素子の画素サイズと画素数の関係を撮像装置のサイズごとに示 す図である。横軸は画素サイズ、縦軸は画素数を示す。図 9から、撮像素子のサイズ 力 、さくなると、画素サイズは小さぐ画素数は増加する傾向があることが分かる。図 中の矢印 TRは、装置のトレンドを示す。従来、 100万画素クラスの撮像素子は 1Z2 力も 1Z3型 (インチに対応している）程度であったもの力 現在は 1Z4型で実現され ている。今後、さらに小型化が進み、 1Z6型で 100万画素が実現されると画素サイズ 力 /z m程度となる。従って、上記したような光の波動としての特性に起因する画質劣 化の問題が表面化すると予測される。
[0075] 以下、本実施の形態の撮像装置 1の効果について説明する。本実施の形態の撮像 装置 1では、図 10に示す従来のいわゆるべィヤー配置の半導体撮像素子のように、 一律に同じ大きさの正方形の画素を配置するのではなぐフォトダイオード 56が感度 を有する波長に応じて、画素の大きさを変えている。具体的には、長い波長に感度を 有するフォトダイオード 56については、画素のサイズを大きくし、これにより開口部を 大きくする。開口部の大きさを光の波長より大きくすることにより、光の波動としての特 性に起因する感度の低下を防ぐことができる。また、波長の長い Rの画素を含まない ラインについては、画素のサイズを小さくすることにより、半導体撮像素子 4の小型化 を図ることができる。
[0076] また、本実施の形態では、べィヤー配置の半導体撮像素子の配列としたものである ので、従来の読み出し方法や、色補正 *補間などの技術を応用できる。従って、開発 の効率が向上でき、また、種々のノウハウも継承し適用することができる。
[0077] また、第 1の実施の形態において、以下のような変形も可能である。本実施の形態 では、べィヤー配列において画素のサイズを変化させた例について説明した力 他 の配列の撮像素子に対しても本発明の考えを適用して適宜変更することは可能であ る。また、本実施の形態では、フォトダイオード 56の開口を矩形としている力 開口は 、楕円 ·円形 ·六角形などに変更することも可能である。
[0078] また、本実施の形態では、同じ色の画素については、同じ大きさの開口を有する例 について説明した力 同じ色の画素について開口の大きさを変えてもよい。例えば、 上記実施の形態において中心近傍の 550nmで約 5%程度の感度が低下する Gの 画素について、大きな開口と小さな開口を組み合わせて全体として感度を 5%向上し てもよい。
[0079] また、光学フィルタ 5に対する入射角によって、長波長側の半値波長の値が短波長 側にシフトすることを考慮し、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像 素子 4の周辺部画素に対して、中心付近より開口の径を増加させる構成としてもよい 。この点について詳しく説明する。
[0080] 光学フィルタ 5は、前述のように反射型としているので、多層膜を片側に付けてある 。入射角が増大すると、多層膜に対して光路長が相対的に長くなる。従って、入射角 の増大は、多層膜が厚くなつたことと等価として考えられ、長波長側の半値の位置が 短波長側へとシフトする。
[0081] 図 5は、光学フィルタ 5に対する入射角と透過率の関係を示している。図中の実線、 破線、 2点鎖線はそれぞれ光学フィルタ 5への入射角が 0° 、 10° 、20° における 透過率の特性を示している。図 5に見られるように、入射角を 10° 、 20° と変化させ た場合、長波長側の半値位置が入射角 0° に比べて、それぞれおよそ 5nm、 lOnm 短波長側へシフトし、具体的〖こ 745nm、 740nmとなった。画質を評価したところ、視 覚的に lOnm変化すると違和感を覚え、画質が劣化したことが視覚的に分かる。
[0082] 薄型化を実現するためには、周辺部画素において入射角が大きくならざるを得な い。そこで、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像素子の周辺部画 素に対して、中心付近より開口の径を大きくする構成とすることにより、入射角の増大 に起因する周辺部画素の画質劣化を低減できる。
[0083] この場合の開口の径の求め方としては、例えば、半導体撮像素子 4の周辺部画素 に対して入射角による影響を低減させる開口の径を求め、波動の性質による感度劣 化を補正した開口の径を求めた後に、全体としての最適化を行う。逆に、全体として の開口の径を求めた上で、周辺部画素に対して補正を行ってもよい。開口の径を求 める方法は、撮像装置の特性に合わせて適宜変更することができる。
[0084] また、画素サイズを 1 μ m程度まで微細化する場合には、 B画素の出力に対しても 開口を変更する必要がある力 このような場合には、 RGBのそれぞれの感度比率を バランスさせるように開口を与える。 RGBのそれぞれの感度比率をバランスさせてお けば、半導体撮像素子 4の全体としての感度低下は、フォトダイオード 56自身の感度 UP ·露光時間の最適化や、読み出し回路側でのゲイン UPなどで対応することがで きる。これにより撮像装置の小型 ·薄型化を実現できる。
[0085] (第 2の実施の形態）
次に、本発明における第 2の実施の形態について説明する。第 2の実施の形態の 撮像装置は、第 1の実施の形態の撮像装置 1と基本的な構成は同じであるが、立体 基板 2を可視光および近赤外光を透過しない構成としている点が異なる。ここで、可 視光および近赤外光を透過しない構成とは、実質的に画質が劣化しない程度の構 成を意味する。具体的な透過率として約 0. 5%以下であり、好ましくは 0. 2%以下と することである。本実施の形態においては、約 0. 15%とする。
[0086] 半導体撮像素子 4は、シリコンにより作られている。従って、その感度域の長波長側 の上限はシリコンのバンドギャップエネルギー（Eg)を超える波長により決まる。シリコ ンのバンドギャップエネルギーは、 1. 12eV程度であるため、限界の波長は、波長を λ [nm]、バンドギャップエネルギーを Eg [eV]とすると λ = 1240ZEgによって求め られ、長波長側の感度の限界は約 1100nm (l. 1 μ m)程度の遠赤外線までとなる。
[0087] 本実施の形態における立体基板 2は、榭脂材料 (PAA)に可視光および短波長側 に対して有効な分散性のよ!、カーボンブラック、および紫外光を吸収する棚珪酸ガラ スを添加して構成する。また、熱伝導率の良い金属の充填剤として、アルミニウムを 2 wt%ほど混ぜてもよい。これにより、可視光および近赤外光の透過率が半導体撮像 素子 4の感度域に対して充分低くなる。立体基板の榭脂の肉厚についても、画像の 劣化を評価して最適化する。波長の長い近赤外光の方がより、深いところまで透過し やすいので、この点を十分配慮することが肝要である。半導体撮像素子 4に波長が 1 . 1 μ m以下の近赤外光が入光すると、ノイズとして現れ、画質が劣化する。これを防 止するためには、榭脂材料に混入させる金属の充填材の量を増加することが効果的 である。なお、金属の充填材としてアルミニウムを用いる場合には、酸ィ匕アルミ (アルミ ナ A1203)の形態のものを用いることが、電気的な絶縁抵抗を下げないようにする上 で好ましい。
[0088] 本実施の形態では、立体基板 2を可視光および近赤外光を透過しない構成として いるので、撮像装置 1への余計な光を遮るための遮光部材を設けることなぐ携帯電 話などの機器に実装できる。これにより、携帯機器の設計の自由度が増すとともに、 機器の小型化が実現でき利便性の向上も実現できる。
[0089] (第 3の実施の形態）
第 3の実施の形態の撮像装置は、基本的な構成は、図 2〜図 5を用いて説明した第 1の実施の形態の半導体撮像装置 1の構成と同じである。
[0090] 図 11は、半導体撮像素子 4の一画素を拡大して示す図である。半導体撮像素子 4 の基本的な構成は、図 6にて説明した第 1の実施の形態における半導体撮像素子 4 と同じである。図 11に示すように、半導体撮像素子 4は、フォトダイオード 56とフォトダ ィオード 57を備えている。フォトダイオード 56の光の入射側には、マイクロレンズ 50、 カラーフィルタ 51、インナーレンズ、保護膜 52、 A1配線'マスク 53、絶縁層 54、ポリシ リコン 55などが設けられている。
[0091] フォトダイオード 56とフォトダイオード 57はそれぞれの入射面が同じ方向を向くよう に配置されている。フォトダイオード 57は、フォトダイオード 56の入射面の反対側に 配置され、フォトダイオード 56を透過した光を検出する補助のフォトダイオードである 。フォトダイオード 56とフォトダイオード 57は、同じタイプのフォトダイオードを用いる。 なお、本実施の形態では、フォトダイオード 56とフォトダイオード 57は同じタイプのフ オトダイオードを用いている力 フォトダイオード 56とフォトダイオード 57は、特性、形 態等が異なるフォトダイオードを用いてもょ 、。
[0092] フォトダイオード 56とフォトダイオード 57の出力は加算されて、図示しない読み出し 回路へと導出される。読み出し方法は、従来と同様に、水平および垂直に電荷を伝 送する。この構成によって、フォトダイオード 56, 57の出力を取り出せるようになって いる。
[0093] フォトダイオード 57のサイズは、フォトダイオード 56の入射側に設けられたカラーフ ィルタ 51が透過する光の波長に応じて決められる。長 、波長の光を透過するカラー フィルタ 51を備える場合には、大きいフォトダイオード 57を用い、短い波長の光を透 過するカラーフィルタ 51を備える場合には、小さいフォトダイオード 57を用いる。また 、短い波長の光を透過するカラーフィルタ 51を備える場合には、フォトダイオード 57 を有しない構成としてもよい。
[0094] 図 8に示す感度特性から、画素サイズが 1. 5 μ mの場合には、 Rの感度中心近傍 の 650nmで約 15%、 Gの感度中心近傍の 550nmで約 5%程度の感度が低下して いる。本実施の形態では、画素サイズの小型化に伴う感度の低下を補償するように、 フォトダイオード 57のサイズを設定する。例えば、感度低下の大きい R(650nm)を透 過するカラーフィルタ 51が設けられたフォトダイオード 56には大き!/、サイズのフォトダ ィオード 57を配置し、感度低下の小さい G (550nm)を透過するカラーフィルタ 51が 設けられたフォトダイオード 56には小さいサイズのフォトダイオード 57を配置する。大 き 、サイズのフォトダイオード 57は、小さ!/、サイズのフォトダイオード 57より感度が高 いので、感度の低下を補償できる程度が大きい。ことにより、フォトダイオード 56とフォ トダイオード 57とを加算した出力が一定になるようにする。
[0095] 一般的に長い波長の光の方が、半導体撮像素子の奥まで到達するために、波動 の影響を受けやす 、波長の長 、光ほどフォトダイオード 57からの出力を大きく取リ出 すことができる。短い波長の光は、フォトダイオード 57に到達しにくい反面、波動の影 響を受けにくいためにフォトダイオード 56の出力が大きく出力される。この相関関係 に基づいて、フォトダイオード 56およびフォトダイオード 57から得られる出力の変化を 求め、フォトダイオード 57の最適なサイズを決めてもよい。
[0096] 図 12は、本実施の形態の半導体撮像素子 4のそれぞれの原色系（RGB)画素に 対する波長 λと感度特性を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸は感度を示す。 このフォトダイオードはシリコンで作られており、近赤外光の領域まで感度を有して ヽ る。画素サイズが 2. 5 mの時の青色画素に対する感度 (分光感度） 60、同様に緑 色に対する感度 61、赤色に対する感度 62を示している。さらに、画素サイズが 1. 5 μ mの時の赤色に対するフォトダイオード 57の出力 63、フォトダイオード 57の出力 6 4を示している。フォトダイオード 56の出力 63とフォトダイオード 57の出力 64とでは、 その分光特性が若干変わっている。これは、波長の短い成分がより減衰して下側フォ トダイオード 57に到達するためと考えられる。
[0097] フォトダイオード 56は、図 12に示されるように、近赤外光の領域まで感度を有して いる。波長の長い光は、減衰しにくいため素子の裏面からの入光にも配慮することが 必要である。本実施の形態においては、 FPC15の裏面に設けた金属箔 14が可視光 •赤外光の侵入を防止する。それぞれの色に対しての感度は、感度特性の値を積分 して比較する。感度は、色フィルタの特性や、用いる顔料系の色素の特徴などによつ て変化する。以上、本実施の形態の撮像装置 1の構成について説明した。
[0098] 以下、本実施の形態の撮像装置 1の効果について説明する。なお、画素サイズが 小さくなると波長の長い方の相対感度の低下が顕著になる傾向があり、今後さらに小 型化が進むことにより、画質劣化の問題が表面化することが予測されるという背景が あるのは、上記した実施の形態にて説明したとおりである。
[0099] 本実施の形態の撮像装置 1は、フォトダイオード 56の入射面の反対側にフォトダイ オード 57を配置している。これにより、半導体撮像素子 4に入射した光はフォトダイォ ード 56およびフォトダイオード 57の両方で検出され、検出信号が加算されるので半 導体撮像素子 4の感度を高めることができる。
[0100] 本実施の形態の撮像装置 1は、それぞれのフォトダイオード 56の入射面側に設け られたカラーフィルタ 51の透過する光の波長に応じて、フォトダイオード 57のサイズ を決めている。すなわち、波長の長い光を透過するカラーフィルタ 51が設けられたフ オトダイオード 57については、その感度を高めることによって波動光学的な影響を補 償して、あた力も感度低下がな 、ような特性を実現することができる。
[0101] 図 12力ら分力るように、フォトダイオード 56の出力 63とフォトダイオード 57の出力 6 4を加算することで、フォトダイオード 63の出力低下を補償し、赤色の画素サイズが 2 . 相当、つまり、出力低下のほぼ無い状態と同等の信号を取り出すことができる 。同様に、緑色の画素についても出力低下を補償することができる。 [0102] また、本実施の形態の撮像装置 1では、フォトダイオード 56とフォトダイオード 57は 同じタイプのフォトダイオードを用いており、フォトダイオード 56もフォトダイオード 57 も同じ方式で光電変換できる。従って、従来の回路や種々の補正などがそのまま使 用できる利点がある。
[0103] また、本実施の形態では、べィヤー配置の半導体撮像素子の配列としたものである ので、従来の読み出し方法や、色補正 *補間などの技術を応用できる。従って、開発 の効率が向上でき、また、種々のノウハウも継承し適用することができる。
[0104] なお、本実施の形態においても、上記した第 2の実施の形態と同様に、可視光およ び近赤外光を透過しな 、立体基板 2を備える構成とすることも可能である。これにより 、第 2の実施の形態と同様に、撮像装置 1への余計な光を遮るための遮光部材を設 けることなぐ携帯電話などの機器に実装できる。これにより、携帯機器の設計の自由 度が増すとともに、機器の小型化が実現でき利便性の向上も実現できる。
[0105] また、第 3の実施の形態において、以下のような変形も可能である。上記した実施 の形態では、 2つのフォトダイオード 56, 57を用いる例について説明した力 波長の 長い赤に対応する画素において、フォトダイオード 57の下にさらに別のフォトダイォ 一ドを追カロしてもよ ヽ。
[0106] 画素サイズを 1 μ m程度まで微細化した場合には、 RGBに対応する全ての画素に 対してフォトダイオード 57を設けるのが好ましい。また、 RGBのそれぞれの感度比率 をバランスさせるように感度を選択することが望ま ヽ。これにより撮像装置の小型 · 薄型化が実現できる。
[0107] また、光学フィルタ 5に対する入射角によって、長波長側の半値波長の値が短波長 側にシフトすることを考慮し、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像 素子 4の周辺部画素に対して、中心付近より感度を増カロさせる構成としてもよい。す でに説明したように、薄型化を実現するためには、周辺部画素において入射角が大 きくならざるを得ないが、入射角が増大すると、周辺部において、長波長側の半値の 位置が短波長側へとシフトする。
[0108] そこで、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像素子の周辺部画素 に対して、中心付近より感度を高くする構成とすることにより、入射角の増大に起因す る周辺部画素の画質劣化を低減できる。
[0109] この場合の感度の求め方としては、例えば、半導体撮像素子 4の周辺部画素に対 して入射角の影響により低減する感度を求め、感度劣化を補正した感度を求めた後 に、全体としての最適化を行う。逆に、全体としての感度を求めた上で、周辺部画素 に対して補正を行ってもよい。感度を求める方法は、撮像装置の特性に合わせて適 宜変更することができる。
[0110] (第 4の実施の形態）
第 4の実施の形態の撮像装置は、基本的な構成は、図 2〜図 5を用いて説明した第 1の実施の形態の半導体撮像装置 1の構成と同じである。
[0111] 図 13は、半導体撮像素子 4の一画素を拡大して示す図である。半導体撮像素子 4 の基本的な構成は、図 6にて説明した第 1の実施の形態における半導体撮像素子 4 と同じである。図 13に示すように、半導体撮像素子 4は、入射光を電気信号に変換 するフォトダイオード 56を備えて 、る。
[0112] フォトダイオード 56の光の入射側には、マイクロレンズ 50、カラーフィルタ 51、イン ナーレンズ、保護膜 52、 A1配線'マスク 53、絶縁層 54、ポリシリコン 55などが設けら れている。半導体撮像素子 4は、フォトダイオード 56の入射面の反対側に、フォトダイ オード 56を透過した光をフォトダイオード 56の方向に反射する反射層 58を有する。
[0113] 反射層 58には、銀白色の金属としてアルミニウムを用いる。アルミニウムは、半導体 では電極や、内部配線として多用されているので、使い勝手が良い。また、密度が低 いので軽量で実現でき、単価も他の銀白色の金属と比べて安価である。本実施の形 態では、アルミニウムを用いている力 他の銀白色の金属の例としては、ニッケルや チタンなどを用いることもできる。ニッケルを用いると、フォトダイオード 56に対して電 磁シールドが可能となり、 EMIなどの面で有利に作用する。なお、反射層の材料や、 反射膜としての厚さおよび大きさについては、必要とする反射率となるように適宜選 択する事が可能である。
[0114] 反射層 58のサイズおよび反射率は、フォトダイオード 56の入射面側に設けられた カラーフィルタ 51が透過する光の波長に応じて決められる。長い波長の光を透過す るカラーフィルタ 51を備える場合には、サイズおよび反射率の大きい反射層 58を用 い、短い波長の光を透過するカラーフィルタ 51を備える場合には、サイズおよび反射 率の小さい反射層 58を用いる。また、短い波長の光を透過するカラーフィルタ 51を 備える場合には、反射層 58を有しない構成としてもよい。なお、本実施の形態では、 反射層 58のサイズおよび反射率をカラーフィルタ 51が透過する光の波長に応じて決 めているが、反射層 58のサイズのみ、あるいは反射率のみを変えてもよい。
[0115] 図 8に示す感度特性から、画素サイズが 1. 5 mの場合には、 Rの感度中心近傍 の 650nmで約 15%、 Gの感度中心近傍の 550nmで約 5%程度の感度が低下して いる。本実施の形態では、画素サイズの小型化に伴う感度の低下を補償するように、 反射層 58のサイズおよび反射率を設定する。例えば、感度低下の大きい R (650nm )を透過するカラーフィルタ 51が設けられたフォトダイオード 56にはサイズおよび反 射率の大きい反射層 58を配置し、感度低下の小さい G (550nm)を透過するカラー フィルタ 51が設けられたフォトダイオード 56にはサイズおよび反射率の小さ!/、反射層 58を配置する。反射層 58のサイズおよび反射率が大きくなると、フォトダイオード 56 の感度が高くなる。
[0116] 一般的に長い波長の光の方が、半導体撮像素子の奥まで到達するために、波動 の影響を受けやす 、波長の長 、光ほど反射層 58にお 、て反射する光量が大きくな る。短い波長の光は、反射層 58に到達する光量が小さい反面、波動の影響を受けに くいためにフォトダイオード 56の入射面側力も入射した光によって大きい出力を得ら れる。この相関関係に基づいて、反射層 58からの反射光によって得られる出力の変 化を求め、反射層 58の最適なサイズおよび反射率を決めてもよい。
[0117] フォトダイオード 56は、カラーフィルタ 51が設けられた入射面側から入射された光と 反射層 58によって反射された光を光電変換し、電気信号を出力する。フォトダイォー ド 56の出力は、図示しない読み出し回路へと導出される。読み出し方法は、従来と同 様に、水平および垂直に電荷を伝送する。この構成によって、フォトダイオード 56の 出力を取り出せるようになって 、る。
[0118] 図 14は、フォトダイオード 56の波長に対する感度特性を示す図である。横軸は波 長を示し、縦軸は感度を示す。このフォトダイオードはシリコンで作られており、近赤 外光の領域まで感度を有している。画素サイズが 2. 5 mの時の青色画素に対する 感度 (分光感度） 60、同様に緑色に対する感度 61、赤色に対する感度 62を示して いる。また、画素サイズが 1. 5 /z mの時の赤色に対するフォトダイオード 56の出力 63 、反射層 58により再入光した光によるフォトダイオードの出力 65を示している。フォト ダイオード 56の出力 63と反射層 58により再入光した光による出力 65とでは、その分 光特性が若干変わって 、る。波長の短 、成分がより減衰して反射層 58に到達するた めと考えられる。
[0119] フォトダイオード 56は、図 14に示されるように、近赤外光の領域まで感度を有して いる。波長の長い光は、減衰しにくいため素子の裏面からの入光にも配慮することが 必要である。本実施の形態においては、 FPC15の裏面に設けた金属箔 14が可視光 •赤外光の侵入を防止する。それぞれの色に対しての感度は、感度特性の値を積分 して比較する。感度は、色フィルタの特性や、用いる顔料系の色素の特徴などによつ て変化する。以上、本実施の形態の撮像装置 1の構成について説明した。
[0120] 以下、本実施の形態の撮像装置 1の効果について説明する。なお、画素サイズが 小さくなると波長の長い方の相対感度の低下が顕著になる傾向があり、今後さらに小 型化が進むことにより、画質劣化の問題が表面化することが予測されるという背景が あるのは、上記した実施の形態にて説明したとおりである。
[0121] 本実施の形態の撮像装置 1は、フォトダイオード 56の入射面の反対側に反射層 58 を配置している。これにより、フォトダイオード 56を透過した光は反射層 58で反射さ れ、再びフォトダイオード 56に入射される。従って、フォトダイオード 56の感度を高め ることがでさる。
[0122] 本実施の形態の撮像装置 1は、それぞれのフォトダイオード 56の入射面側に設け られたカラーフィルタ 51の透過する光の波長に応じて、反射層 58のサイズおよび反 射率を決めている。すなわち、波長の長い光を透過するカラーフィルタ 51が設けられ ている場合いは、サイズおよび反射率の大きい反射層 58を用いることにより、反射光 量を増やし、フォトダイオード 56の感度を高める。これにより、長い波長の光に感度を 有するフォトダイオードにおいて、波動光学的な影響を補償して、あたかも感度低下 がな 、ような特性を実現することができる。
[0123] 図 14から分力るように、フォトダイオード 56の出力 63と反射層 58による出力 65をカロ 算することで、赤色の画素サイズが 2. 相当つまり、出力低下のほぼ無い状態と して取り出すことができる。緑色の画素についても、同様にして反射層 58により再入 光した光によって出力低下を低減できる。
[0124] また、本実施の形態では、べィヤー配置の半導体撮像素子の配列としたものである ので、従来の読み出し方法や、色補正 *補間などの技術を応用できる。従って、開発 の効率が向上でき、また、種々のノウハウも継承し適用することができる。
[0125] なお、本実施の形態においても、上記した第 2の実施の形態と同様に、可視光およ び近赤外光を透過しな 、立体基板 2を備える構成とすることも可能である。これ〖こより 、第 2の実施の形態と同様に、撮像装置 1への余計な光を遮るための遮光部材を設 けることなぐ携帯電話などの機器に実装できる。これにより、携帯機器の設計の自由 度が増すとともに、機器の小型化が実現でき利便性の向上も実現できる。
[0126] また、第 4の実施の形態において、以下のような変形も可能である。本実施の形態 では、反射層 58として銀白色の金属を用いる例について説明した力 反射層 58は、 半導体によって形成してもよい。半導体による反射層は、ドープする材料によって異 なる光屈折率の膜を重ねて多層化することによって得られる。また、別の方法として、 ポリシリコンの層を導電性の膜としてではなぐ反射膜として用いることも可能である。 屈折率や、膜の層数、また、反射率などは適宜選択することは可能である。
[0127] 画素サイズを 1 μ m程度まで微細化した場合には、 RGBに対応する全ての画素に 対して反射層 58を設けるのが好ましい。また、 RGBのそれぞれの感度比率をバラン スさせるように感度を選択することが望ましい。これにより撮像装置の小型'薄型化が 実現できる。
[0128] また、光学フィルタ 5に対する入射角によって、長波長側の半値波長の値が短波長 側にシフトすることを考慮し、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像 素子 4の周辺部画素に対して、中心付近より感度を増カロさせる構成としてもよい。す でに説明したように、薄型化を実現するためには、周辺部画素において入射角が大 きくならざるを得ないが、入射角が増大すると、周辺部において、長波長側の半値の 位置が短波長側へとシフトする。
[0129] そこで、光学フィルタ 5に対する入射角が大きくなる半導体撮像素子の周辺部画素 に対して、中心付近より感度を高くする構成とすることにより、入射角の増大に起因す る周辺部画素の画質劣化を低減できる。
[0130] この場合の感度の求め方としては、例えば、半導体撮像素子 4の周辺部画素に対 して入射角の影響により低減する感度を求め、感度劣化を補正した感度を求めた後 に、全体としての最適化を行う。逆に、全体としての感度を求めた上で、周辺部画素 に対して補正を行ってもよい。感度を求める方法は、撮像装置の特性に合わせて適 宜変更することができる。
[0131] 以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形 態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範 囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されてい る。
産業上の利用可能性
[0132] 本発明は、半導体撮像素子を用いた撮像装置を備えた携帯端末や携帯電話等と して有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、
被写体からの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系と、
を備え、
前記半導体撮像素子のそれぞれのフォトダイオードの開口の径は、そのフォトダイ オードの入射面側に設けられたカラーフィルタを透過する光の波長に応じて決定さ れて 、ることを特徴とする撮像装置。
[2] 前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光学フィルタを備え、 前記半導体撮像素子のそれぞれのフォトダイオードの開口の径は、そのフォトダイ オードに対応する前記光学フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決 定されて!/ヽることを特徴とする請求項 1に記載の撮像装置。
[3] 前記半導体撮像素子の同一ラインの画素の高さは同一であることを特徴とする請 求項 1または 2に記載の撮像装置。
[4] 複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、
被写体からの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系と、
を備え、
前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォ トダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を検出するた めの補助のフォトダイオードを有することを特徴とする撮像装置。
[5] 前記補助のフォトダイオードのサイズは、そのフォトダイオードの入射面側に設けら れたカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定されることを特徴とする請求項 4に記載の撮像装置。
[6] 前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光学フィルタを備え、 前記補助のフォトダイオードのサイズは、そのフォトダイオードに対応する前記光学 フィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されていることを特徴とする 請求項 4または 5に記載の撮像装置。
[7] 複数のフォトダイオードおよびカラーフィルタを有する半導体撮像素子と、
被写体からの光を前記半導体撮像素子に導く撮像光学系と、 を備え、
前記半導体撮像素子は、前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォ トダイオードの入射面の反対側に、前記フォトダイオードを透過した光を反射する反 射層を有することを特徴とする撮像装置。
[8] 前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードの入射面側に設けられ たカラーフィルタが透過する光の波長に応じて決定されることを特徴とする請求項 7 に記載の撮像装置。
[9] 前記反射層は、銀白色の金属によって形成されていることを特徴とする請求項 7ま たは 8に記載の撮像装置。
[10] 前記反射層は、半導体によって形成されていることを特徴とする請求項 7または 8に 記載の撮像装置。
[11] 前記半導体撮像素子と前記撮像光学系との間に配置された光学フィルタを備え、 前記反射層のサイズまたは反射率は、そのフォトダイオードに対応する前記光学フ ィルタ上の領域へ入射する光の入射角度に応じて決定されていることを特徴とする請 求項 7〜： LOのいずれかに記載の撮像装置。
[12] 前記半導体撮像素子を収容する可視光および近赤外光を透過しな！ヽ立体基板を 備えたことを特徴とする請求項 1〜11のいずれかに記載の撮像装置。
[13] 前記半導体撮像素子は、画素ピッチが 2ミクロン以下であることを特徴とする請求項
1〜12のいずれかに記載の撮像装置。
[14] 請求項 1〜13のいずれかに記載の撮像装置を備えた携帯電話装置。
[15] 入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、
フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、
を備え、
それぞれの前記フォトダイオードの開口の径は、そのフォトダイオードの入射面側に 設けられたカラーフィルタを透過する光の波長に応じて決定されて 、ることを特徴と する半導体撮像素子。
[16] 入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、
フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、 前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の 反対側に配置された、そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタからの透 過光の波長に応じたサイズを有する補助のフォトダイオードと、
を備えたことを特徴とする半導体撮像素子。
入射光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードと、
フォトダイオードの入射面側に設けられたカラーフィルタと、
前記複数のフォトダイオードのうちの少なくとも一部のフォトダイオードの入射面の 反対側に配置された、そのフォトダイオードへ入射される前記カラーフィルタからの透 過光の波長に応じたサイズまたは反射率を有する反射層と、
を備えたことを特徴とする半導体撮像素子。
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