JP2005260318A - Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera - Google Patents
Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005260318A JP2005260318A JP2004065361A JP2004065361A JP2005260318A JP 2005260318 A JP2005260318 A JP 2005260318A JP 2004065361 A JP2004065361 A JP 2004065361A JP 2004065361 A JP2004065361 A JP 2004065361A JP 2005260318 A JP2005260318 A JP 2005260318A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- color
- solid
- state imaging
- light
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 24
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001444 catalytic combustion detection Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
Description
本発明は2板式カラー固体撮像装置及びデジタルカメラに関する。 The present invention relates to a two-plate color solid-state imaging device and a digital camera.
デジタルカメラに用いられるカラー固体撮像装置には、1個の固体撮像素子を用いた単板式のものと、複数個の固体撮像素子を用いた多板式のものが知られている(特許文献1、特許文献2参照)。
As a color solid-state imaging device used for a digital camera, there are known a single-plate type using one solid-state imaging device and a multi-plate type using a plurality of solid-state imaging devices (
前者は、1個の固体撮像素子上に複数色のカラーフィルタを離散的(モザイク状)に配置したもので、安価ではあるが、感度、解像度、色再現性の点で後者よりも劣る。また、単板式固体撮像素子では、高画素(微細)化による製造歩留り低下の問題が深刻になっており、固体撮像素子のコストアップの原因となっている。 The former is a discrete (mosaic) arrangement of a plurality of color filters on a single solid-state imaging device, and is cheaper but inferior to the latter in terms of sensitivity, resolution, and color reproducibility. Further, in the single-plate solid-state image sensor, the problem of a decrease in manufacturing yield due to high pixel (miniaturization) has become serious, which causes an increase in the cost of the solid-state image sensor.
後者、例えば3板式のカラー固体撮像装置は、図16に示す様に、3色成分(例えば、赤色(R),緑色(G),青色(B))毎に専用の固体撮像素子1,2,3を使うので、専ら、解像度、色再現性などに優れ、高画質が求められる放送局用TVカメラなどに使用さている。しかし、複数個のイメージセンサ(固体撮像素子)1,2,3と大型の色分解プリズム4を必要とするため、システムコストが高くなると共にデジタルカメラが大型化するという問題がある。
The latter, for example, a three-plate type color solid-state imaging device, as shown in FIG. 16, has dedicated solid-
近年、3板式のカラー固体撮像装置を比較的低価格のデジタルスチルカメラやカムコーダに適用する例が増えている。その理由は、単板式固体撮像素子の高画素化に伴う弊害が顕著になってきたからである。すなわち、画素の微細化等により、固体撮像素子自体の製造歩留と性能が急速に低下することが懸念されている。 In recent years, an example in which a three-plate color solid-state imaging device is applied to a relatively low-cost digital still camera or camcorder is increasing. The reason is that the adverse effects associated with the increase in the number of pixels of a single-plate solid-state imaging device have become prominent. That is, there is a concern that the manufacturing yield and performance of the solid-state imaging device itself will rapidly decrease due to pixel miniaturization and the like.
そのため、高歩留、高性能の固体撮像素子を用いて多板式撮像システムが構築されるようになってきている。固体撮像素子の製造歩留が高ければ、色分解プリズムのコストを考慮しても、多板式撮像装置のコストが、単純に、2倍、3倍と、固体撮像素子の個数倍になるということにはならない。 For this reason, multi-plate imaging systems have been constructed using high-yield, high-performance solid-state imaging devices. If the manufacturing yield of the solid-state imaging device is high, the cost of the multi-plate imaging device is simply doubled or tripled, even if the cost of the color separation prism is taken into consideration. It will not be.
また、近年、イメージセンサの高解像度(多画素)化が進展している。今後さらに、この多画素化、すなわち単位画素サイズの微細化が進むにつれ、感度の低下や偽信号、偽色、シェーディングといった画質劣化が懸念されている。 In recent years, the resolution of image sensors has been increasing (multiple pixels). In the future, as the number of pixels increases, that is, the unit pixel size becomes finer, there are concerns about image quality degradation such as a decrease in sensitivity, false signals, false colors, and shading.
一般に、単板式固体撮像素子を用いてカラー画像を撮影する場合、被写体の色、すなわち撮像系に入射する光の色成分を単一の固体撮像素子表面上に二次元アレー状に離散配置した画素毎に、それぞれ異なる色信号(例えば、R,G,B)として検出する必要がある。 In general, when a color image is taken using a single-plate solid-state image sensor, the color of the subject, that is, the color component of light incident on the imaging system, is discretely arranged in a two-dimensional array on the surface of a single solid-state image sensor Each color signal needs to be detected as a different color signal (for example, R, G, B).
そこで、単板式カラー固体撮像素子では各画素の上にカラーフィルタを配置し、固体撮像素子全体では3色あるいは4色のカラーフィルタがモザイク状(特許文献1)あるいはストライプ状に配列するのが一般的となっている。 Therefore, in a single-plate color solid-state image pickup device, a color filter is generally disposed on each pixel, and in the entire solid-state image pickup device, three or four color filters are arranged in a mosaic shape (Patent Document 1) or a stripe shape. It is the target.
カラーフィルタには、原色系(R,G,B)およびその補色から構成される補色系(Ye,Cy,Mgなど)フィルタがある。従来、色再現性を重視する観点から、デジタルカメラ等においては、原色系(R,G,B)カラーフィルタが多く使用されている。これに対して、補色系カラーフィルタ(Cy,Ye,Mgなど)は、その色信号成分に2種類の原色成分を含むため(例えば、Mgには青色Bと赤色Rを含む)、原色系カラーフィルタを使用した場合に比べ、感度は高くなる反面、色分離処理の過程でS/Nが低下し忠実な色再現が難しいという問題がある。 The color filter includes a primary color system (R, G, B) and a complementary color system (Ye, Cy, Mg, etc.) filter composed of its complementary colors. Conventionally, from the viewpoint of emphasizing color reproducibility, primary color (R, G, B) color filters are often used in digital cameras and the like. On the other hand, the complementary color filter (Cy, Ye, Mg, etc.) includes two primary color components in its color signal component (for example, Mg includes blue B and red R). Although the sensitivity is higher than when a filter is used, there is a problem that the S / N is lowered in the process of color separation processing, and faithful color reproduction is difficult.
カラーフィルタについては、さらに以下の問題が顕在化している。カラーフィルタの材料には、いわゆる顔料系と染料系がある。顔料系は、色材として顔料を使用しているので、耐光性や耐熱性に優れ、デジタルカメラ等で多く使われている。しかし、画素の微細化に伴い、顔料の粒状性が画質に影響を与えはじめていること、更にカラーフィルタの厚さを薄くすることが出来ないため、マイクロレンズと受光部の距離を短縮することが困難である等の問題がある。 Regarding color filters, the following problems have become more apparent. Color filter materials include so-called pigments and dyes. The pigment system uses a pigment as a coloring material, so it has excellent light resistance and heat resistance and is often used in digital cameras and the like. However, as the pixels become finer, the granularity of the pigment has begun to affect the image quality, and since the thickness of the color filter cannot be reduced, the distance between the microlens and the light receiving portion can be shortened. There are problems such as difficulty.
これに対して、染料系カラーフィルタは、顔料系とは異なり、耐光性や耐熱性を改善する必要はあるが、粒状性の問題はなく、薄膜化も容易である。従って、画素の微細化に伴って、顔料系カラーフィルタに代わり染料系カラーフィルタが見直されている。 On the other hand, the dye-based color filter, unlike the pigment-based one, needs to improve light resistance and heat resistance, but has no problem of graininess and can be easily thinned. Therefore, with the miniaturization of pixels, dye-based color filters are being reviewed instead of pigment-based color filters.
しかしながら、染料系カラーフィルタを採用するためには、耐光性や耐熱性に加え、各色成分の分光透過率を制御し、互いに異なる色成分の分光スペクトルのオーバーラップ量を少なくし、混色による色再現性の劣化を防止すると同時に、レジスト材料としての機能性能(微細パターン形成が可能で現像処理等が従来のフォトレジストと同等であるなど)を兼ね備えるカラーレジスト材料を入手することは容易でない。 However, in order to adopt a dye-based color filter, in addition to light resistance and heat resistance, the spectral transmittance of each color component is controlled, the amount of overlap of spectral spectra of different color components is reduced, and color reproduction by color mixing is performed. It is not easy to obtain a color resist material that prevents functional deterioration and at the same time has functional performance as a resist material (for example, fine pattern formation is possible and development processing is equivalent to that of a conventional photoresist).
上述した様に、デジタルカメラに搭載するカラー固体撮像素子は、これを単板式で実現するには技術的,コスト的に限界にきている。しかし、カラー固体撮像装置を3板式で実現すると、高価で複雑な色分解プリズムが必要なため、装置が大型化し製造コストも嵩んでしまうという問題がある。 As described above, a color solid-state imaging device mounted on a digital camera has reached a limit in terms of technology and cost in order to realize this in a single plate type. However, when the color solid-state imaging device is realized by a three-plate system, an expensive and complicated color separation prism is required, which causes a problem that the device becomes large and the manufacturing cost increases.
そこで、2板式のカラー固体撮像装置により、忠実な色再現が可能でしかも小型,低コストのデジタルカメラを構成するのが一番現実的となる。この場合、固体撮像素子に積層するカラーフィルタの材料や色分解プリズムとの組み合わせを最適なものにし、高感度,高解像度,高画質のカラー画像を撮像でき、しかも、撮像光学系の小型化、低コスト化を図る必要が生じる。 Therefore, it is most realistic to construct a small and low-cost digital camera that can faithfully reproduce colors with a two-plate type color solid-state imaging device. In this case, the color filter material to be stacked on the solid-state image sensor and the combination with the color separation prism can be optimized, and high-sensitivity, high-resolution, high-quality color images can be captured. It is necessary to reduce costs.
本発明の目的は、低コストで小型且つ高感度,高解像度,高画質のカラー画像が撮像できる2板式カラー固体撮像装置及びデジタルカメラを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a two-plate color solid-state imaging device and a digital camera that are capable of capturing a small, high-sensitivity, high-resolution, high-quality color image at low cost.
本発明の2板式カラー固体撮像装置は、3原色の入射光を緑色と赤色及び青色とに分離する色分解プリズムと、該色分解プリズムによって分離された前記赤色及び青色の入射光を受光して赤色の光量に応じた赤色信号と青色の光量に応じた青色信号とを出力する第1固体撮像素子と、前記色分解プリズムによって分離された前記緑色の入射光を受光して緑色の光量に応じた緑色信号を出力する第2固体撮像素子とを備える2板式カラー固体撮像装置において、前記第1固体撮像素子の複数の受光部のうち赤色検出用受光部の上部に赤色の光を透過する補色系の第1カラーフィルタを設け、前記第1固体撮像素子の複数の受光部のうち青色検出用受光部の上部に青色の光を透過する補色系の第2カラーフィルタを設けたことを特徴とする。 The two-plate color solid-state imaging device of the present invention receives a color separation prism that separates incident light of three primary colors into green, red, and blue, and receives the incident light of red and blue separated by the color separation prism. A first solid-state imaging device that outputs a red signal corresponding to a red light amount and a blue signal corresponding to a blue light amount, and receiving the green incident light separated by the color separation prism, and according to the green light amount In the two-plate color solid-state imaging device including a second solid-state imaging device that outputs a green signal, a complementary color that transmits red light above the red-detecting light-receiving portion among the plurality of light-receiving portions of the first solid-state imaging device. A first color filter of the first color filter is provided, and a second color filter of a complementary color system that transmits blue light is provided above the blue light receiving unit among the plurality of light receiving units of the first solid-state imaging device. To do.
この様に、色分解プリズムと補色系カラーフィルタとを組み合わせることにより、低コストで小型且つ高感度,高解像度,高画質のカラー画像の撮像が可能な2板式カラー固体撮像装置を得ることができる。 As described above, by combining the color separation prism and the complementary color filter, a two-plate color solid-state imaging device capable of capturing a color image with a small size, high sensitivity, high resolution, and high image quality at low cost can be obtained. .
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記第1カラーフィルタがイエロ(Ye)フィルタであり、前記第2カラーフィルタがシアン(Cy)フィルタであることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the first color filter is a yellow (Ye) filter, and the second color filter is a cyan (Cy) filter.
赤色の分光特性よりブロードな特性を持つイエロフィルタにより赤色を分離して赤色検出用受光部に入射させ、青色の分光特性よりブロードな分光特性を持つシアンフィルタにより青色を分離して青色検出用受光部に入射させるため、カラーフィルタ自体の光吸収を最小限に抑えることができるので、原色系カラーフィルタに比べ、感度を高く維持することができる。 Blue color is separated by a yellow filter that has a broader characteristic than the red spectral characteristic and separated into the red detection light receiving part, and blue is separated by a cyan filter that has a broader spectral characteristic than the blue spectral characteristic. Since the light is incident on the portion, the light absorption of the color filter itself can be minimized, so that the sensitivity can be maintained higher than that of the primary color filter.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記第1カラーフィルタ及び前記第2カラーフィルタが染料系で構成されることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the first color filter and the second color filter are constituted by a dye system.
染料系カラーフィルタを用いた場合には、隣接する異なる色のカラーフィルタ同士が境界領域において混色する可能性があるが、本発明による第1固体撮像素子(B,R検出)には、そもそも中間波長であるG成分の光が入射しないため、仮にカラーフィルタが混色した場合でも、G成分の入射光が入り込むことによる色再現性の低下は最小限に抑えられる。従って、染料系カラーフィルタの材料選択の幅が広がる。 When a dye-based color filter is used, adjacent color filters of different colors may be mixed in the boundary region. However, the first solid-state imaging device (B, R detection) according to the present invention is originally in the middle. Since light of the G component that is the wavelength does not enter, even if the color filter is mixed, a decrease in color reproducibility due to the entrance of the incident light of the G component is minimized. Therefore, the range of material selection for the dye-based color filter is expanded.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記第1カラーフィルタと前記第2カラーフィルタがモザイク状あるいはストライプ状に形成されることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the first color filter and the second color filter are formed in a mosaic shape or a stripe shape.
この様に、カラーフィルタの形状には依存せず、モザイク状,ストライプ状のいずれのカラーフィルタ配列でも使用可能である。 Thus, it does not depend on the shape of the color filter, and any color filter arrangement in a mosaic shape or a stripe shape can be used.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記青色検出用受光部のPN接合深さXj(B)と、前記赤色検出用受光部のPN接合深さXj(R)と、前記第2固体撮像素子に設けられている緑色検出用受光部のPN接合深さXj(G)が
Xj(B)<Xj(G)<Xj(R)
の関係を満たすように製造されていることを特徴とする。
In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the PN junction depth Xj (B) of the blue color detection light receiving unit, the PN junction depth Xj (R) of the red color detection light receiving unit, and the second solid state imaging device. The PN junction depth Xj (G) of the green light detecting light receiving portion provided in the element is Xj (B) <Xj (G) <Xj (R)
It is manufactured so as to satisfy the relationship.
入射光の色毎の光学吸収係数を考慮して、Xj(R),Xj(G),Xj(B)を製造するため、夫々の色の感度を最大にすることが可能となる。 Since Xj (R), Xj (G), and Xj (B) are manufactured in consideration of the optical absorption coefficient for each color of incident light, the sensitivity of each color can be maximized.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記色分解プリズムが、入射光のうち緑色の光を反射し赤色及び青色の光を透過するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device according to the present invention, the color separation prism includes a dichroic mirror that reflects green light and transmits red and blue light in incident light.
この構成により、入射光のロスを少なくして色分解を行うことができる。 With this configuration, it is possible to perform color separation with reduced incident light loss.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記色分解プリズムは、前記緑色の光の出射口に緑色のトリミングフィルタを備えると共に、前記赤色及び青色の光の出射口にマゼンタ(Mg)のトリミングフィルタを備えることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the color separation prism includes a green trimming filter at the green light exit, and a magenta (Mg) trimming filter at the red and blue light exits. It is characterized by providing.
この構成により、第1,第2固体撮像素子に入射する光の分光特性は、ほぼ理想的な入射光スペクトルとなる。 With this configuration, the spectral characteristics of the light incident on the first and second solid-state imaging elements are almost ideal incident light spectra.
本発明の2板式カラー固体撮像装置では、前記第1固体撮像素子及び前記第2固体撮像素子の夫々に設けられる受光部がいずれも正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする。 In the two-plate color solid-state imaging device of the present invention, the light receiving portions provided in each of the first solid-state imaging device and the second solid-state imaging device are both arranged in a square lattice shape or a honeycomb shape. .
本発明はいずれの画素配列の固体撮像素子にも適用可能である。 The present invention can be applied to a solid-state imaging device having any pixel arrangement.
本発明の2板式カラー固体撮像装置は、前記第1固体撮像素子及び前記第2固体撮像素子がいずれもCCD型またはMOS型のイメージセンサであることを特徴とする。 The two-plate color solid-state imaging device of the present invention is characterized in that each of the first solid-state imaging device and the second solid-state imaging device is a CCD type or MOS type image sensor.
本発明は、CCD型,MOS型を問わず適用可能である。 The present invention can be applied regardless of CCD type or MOS type.
本発明のデジタルカメラは、上述したいずれかに記載の2板式カラー固体撮像装置を搭載することを特徴とする。 A digital camera according to the present invention includes the two-plate color solid-state imaging device described above.
これにより、高感度,高解像度,高画質のカラー画像の撮像が可能となる。 This makes it possible to capture a color image with high sensitivity, high resolution, and high image quality.
本発明によれば、高感度,高解像度,高画質のカラー撮像が可能となり、且つ、撮像装置の小型化,低コスト化が実現される。特に、補色系のカラーフィルタで染料系のカラーフィルタを利用できるので、カラーフィルタ材料の選択の幅が広がり、かつ画質の向上が図れる。 According to the present invention, high-sensitivity, high-resolution, high-quality color imaging is possible, and the imaging apparatus can be reduced in size and cost. In particular, since a dye-based color filter can be used as a complementary color-based color filter, the selection range of the color filter material can be widened and the image quality can be improved.
また、固体撮像素子の一方はカラーフィルタが不要で、他方の固体撮像素子では、カラーフィルタを2色しか必要としないので、固体撮像素子自体の製造工程が簡略化でき、製造歩留が向上し、コスト低下を図ることが可能となる。 In addition, one of the solid-state image sensors does not require a color filter, and the other solid-state image sensor requires only two color filters, so the manufacturing process of the solid-state image sensor itself can be simplified and the production yield is improved. Cost reduction can be achieved.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ(この例ではデジタルスチルカメラ)のブロック構成図である。このデジタルカメラは、被写体からの入射光を集光するレンズや絞りを搭載した光学系21と、本実施形態に係る2板式カラー固体撮像装置22と、光学系21と2板式カラー固体撮像装置22との間に配置された赤外線カットフィルタ23とを備える。
FIG. 1 is a block diagram of a digital camera (in this example, a digital still camera) according to an embodiment of the present invention. This digital camera includes an
本実施形態のデジタルカメラはまた、2板式カラー固体撮像装置22から出力される赤色(R)信号,緑色(G)信号,青色(B)信号を取り込み相関二重サンプリング処理等を行うCDS回路24と、CDS回路24の出力信号を取り込んで利得制御処理等を行うプリプロセス回路25と、プリプロセス回路25から出力されるR,G,Bのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路26と、A/D変換回路26から出力されるR,G,Bの画像信号を取り込んでホワイトバランス補正やガンマ補正処理等の信号処理を行ったり撮像画像の信号圧縮や伸張処理を行う信号処理回路27と、信号処理回路27に接続された画像メモリ28と、信号処理回路27が処理した撮像画像データを図示しない外部メモリに記録したりカメラ背面等に設けられた液晶表示部に表示したりする記録/表示回路29とを備える。
The digital camera according to the present embodiment also receives a red (R) signal, a green (G) signal, and a blue (B) signal output from the two-plate color solid-
このデジタルカメラは更に、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御回路30と、システム制御回路30からの指示信号により同期信号を発生する同期信号回路31と、同期信号に基づいてカラー固体撮像装置22内の各固体撮像素子に駆動信号を出力する固体撮像素子駆動回路32とを備える。
The digital camera further includes a
本実施形態のデジタルカメラでは、システム制御回路30からの指示信号に基づいて光学系21のレンズ焦点や絞りが制御され、光学系21及び赤外線カットフィルタ23を通してモジュール22内の2つの固体撮像素子に被写体の光学像が結像する。そして、受光した光学像に応じて各固体撮像素子から赤色(R)信号,緑色(G)信号,青色(B)信号が出力され、プリプロセス回路25が同期信号に応じてR,G,B信号の利得制御等を行い、システム制御回路30からの指示に基づいて信号処理回路27が画像処理等を行うことで、カラー固体撮像装置22から出力されたR,G,B信号に基づいて撮像画像が再生され、JPEG形式等のデータに圧縮された画像データが外部メモリに記録される。
In the digital camera of the present embodiment, the lens focus and diaphragm of the
図2は、図1に示す2板式カラー固体撮像装置22の構成図である。この2板式カラー固体撮像装置は、色分解プリズム35と、第1の固体撮像素子36及び第2の固体撮像素子37の2枚の固体撮像素子を備える。色分解プリズム35は、第1プリズム部材35aと、第2プリズム部材35bと、両者間に形成された緑色(G)反射用ダイクロイックミラー38と、第2プリズム部材35bの端面に形成された全反射用のダイクロイックミラー39とを備える。尚、膜39はダイクロイックミラーである必要はなく、入射光を全反射するものであればよい。
FIG. 2 is a configuration diagram of the two-plate color solid-
第1の固体撮像素子36には、赤色と青色が混じった光が入射するため、第1の固体撮像素子36の各画素の上部にカラーフィルタを形成し、赤色と青色を分離している。このカラーフィルタとして、本実施形態では、赤色を分離するために補色系のYe(イエロ)のカラーフィルタを使用し、青色を分離するために補色系のCy(シアン)のカラーフィルタを使用する。
Since mixed light of red and blue is incident on the first solid-
第1プリズム部材35aは、図2に示す様に、断面が三角形状となっており、入射光がほぼ垂直に入射する光入射面35cと、光入射面35cに対して斜めに配置されダイクロイックミラー38が蒸着形成された界面と、固体撮像素子37が対面する第3面とを備える。この第3面すなわち緑色(G)の光の出射口には、固体撮像素子37が緑色のカラーフィルタを搭載しない関係で、緑色の光の波形を調整するトリミングフィルタ40が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
第2プリズム部材35bも、断面が三角形状となっており、第1プリズム部材35a(ダイクロイックミラー38)と接する界面と、この界面に対して斜めに配置され全反射膜39が蒸着形成された反射面と、固体撮像素子36が対面する第3面とを備える。この第3面すなわち赤色及び青色の光の出射口には、固体撮像素子36への入射光の波形を調整するMg(マゼンタ)のトリミングフィルタ41が形成されている。
The
被写体からの入射光は、先ず第1プリズム部材35aの光入射面35aに垂直に入射し、そのうちの緑色(G)の入射光がダイクロイックミラー38で反射し、次に光入射面35aで全反射して、第2の固体撮像素子37に結像する。第1プリズム部材35aからダイクロイックミラー38を透過して第2プリズム部材35bに入射した赤色(R)と青色(B)の入射光は、全反射膜39で反射し、更に、第1プリズム部材35a界面で全反射されて第1の固体撮像素子36に結像する。
Incident light from the subject first enters the
図2に示す実施形態の色分解プリズム35は、第1プリズム部材35aに入射した緑色(G)の入射光が2回反射して第2固体撮像素子37に結像し、第2プリズム部材35bに赤色(R)と青色(B)の入射光が2回反射して第1固体撮像素子36に結像する構成としているため、第1固体撮像素子36の結像画像に対して第2固体撮像素子37の結像画像が鏡映反転した画像になることはない。
In the
本実施形態の色分解プリズム35は、その光入射方向の寸法を短くできるため、カラー固体撮像装置の小型化,軽量化,薄型化を図ることができる。また、上述の様に2回反射させているため、光学系21の焦点距離を長くできるという利点もある。
Since the
入射光を、緑色の光と、赤色及び青色の光とに分解するプリズムの形状は、図2に示すものに限るものではなく、例えば、図3に示す様に、方形のプリズム42の対角面に緑色の光を反射し赤色及び青色の光を透過するダイクロイックミラー43を設けた簡単な構成のものでもよい。この場合でも、第1の固体撮像素子36の各受光部の上部には、Cyのカラーフィルタ45またはYeのカラーフィルタ46が搭載され、第2の固体撮像素子37にはカラーフィルタは何も搭載しない。
The shape of the prism that splits the incident light into green light and red and blue light is not limited to that shown in FIG. 2, and for example, as shown in FIG. A simple structure having a
図4は、光学系に入射した光が固体撮像素子36,37の表面に到達するまでの間、どのように分光スペクトルが変化するかを示したものである。図2,図3に示す様に、カメラレンズ系には、IRカットフィルタ23を挿入しているので、Rの長波長側は、図4(b)に破線で示す様に、700nm以上で急峻に光強度が落ちている。
FIG. 4 shows how the spectral spectrum changes until the light incident on the optical system reaches the surfaces of the solid-
ダイクロイックミラーを反射した緑色Gの光(図4(a))あるいは透過した赤色R及び青色Bの光(図4(b))は、従来のR,G,Bの原色系カラーフィルタを透過した特性に比べ、シャープな分光特性を示す。しかし、短波長側あるいは長波長側の成分が漏れ込んだり、境界波長が入射光角度によって変化する等の問題がある。例えば、図4(a)でいえば、波長500nm以下や波長600nm以上で分光特性を持つ。
The green G light reflected from the dichroic mirror (FIG. 4 (a)) or the transmitted red R and blue B light (FIG. 4 (b)) passed through the conventional R, G, B primary color filters. It shows sharp spectral characteristics compared to the characteristics. However, there are problems such as leakage of components on the short wavelength side or the long wavelength side, and the boundary wavelength changing depending on the incident light angle. For example, in FIG. 4A, it has spectral characteristics at a wavelength of 500 nm or less or a wavelength of 600 nm or more.
これを改善するため、通常、プリズムにトリミングフィルタを挿入する。図2に示す実施形態でも、緑色(G)の光に対しては、Gのトリミングフィルタ40を、赤色(R)と青色(B)の光に対してはマゼンタ(Mg)のトリミングフィルタ41を使用している。各トリミングフィルタ40,41の分光特性を図5(a)(b)に示す。
In order to improve this, a trimming filter is usually inserted into the prism. In the embodiment shown in FIG. 2, the
トリミングフィルタ40,41を通過し、最終的に固体撮像素子37,36に入射する光の分光特性は、図6(a)(b)に示す様に、ほぼ理想的な入射光スペクトルとなる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the spectral characteristics of light that passes through the trimming filters 40 and 41 and finally enters the solid-
特に、固体撮像素子36では、入射光にG成分が全く無いので、赤色Rおよび青色Bが、緑色Gと混色する確率は極めて低くなるという特徴がある。
In particular, the solid-
本実施形態の2板式カラー固体撮像装置では、固体撮像素子37が全て緑色(G)信号に割り当てられているので、輝度信号の生成には極めて有利であり、高解像度化が実現する。特に緑色(G)については、固体撮像素子37のほぼ全面に感度を有するので、緑色(G)の入射光の不感度部分が殆どなく、偽信号の発生が抑えられるという効果がある。
In the two-plate color solid-state imaging device of the present embodiment, all the solid-
色再現性についても、固体撮像素子37の緑色(G)信号と同じサンプリングポイントにある固体撮像素子36から得られる赤色(R)信号,青色(B)信号を使って色再現することができるので、色ズレや偽色の問題が軽減できるという効果がある。固体撮像素子37には、緑色(G)の光のみが入射するので、そもそもカラーフィルタは必要ない。
Regarding color reproducibility, color reproduction can be performed using a red (R) signal and a blue (B) signal obtained from the solid-
一方、固体撮像素子36には、赤色(R)の光と青色(B)の光が入射するので、上述したように、補色カラーフィルタであるシアン(Cy)とイエロ(Ye)を固体撮像素子36の表面にモザイク状に配置して分離する。赤色(R)と青色(B)を分離するには、原色系カラーフィルタを用いることでもよいが、後述する理由から、補色フィルタ、特にシアン(Cy)とイエロ(Ye)が好適である。
On the other hand, since red (R) light and blue (B) light are incident on the solid-
図7は、固体撮像素子表面に到達した光が、画素受光部に到達するまでにどのように分光スペクトルが変化するかを示したものである。図7(a)は、図6(b)を再掲したものであり、固体撮像素子36に到達した光の分光特性を示し、赤色(R)と青色(B)の光が含まれている。
FIG. 7 shows how the spectral spectrum changes before the light that has reached the surface of the solid-state imaging device reaches the pixel light receiving unit. FIG. 7A is a reprint of FIG. 6B, showing the spectral characteristics of the light reaching the solid-
図7(b)は、シアン(Cy)フィルタの分光特性を示すグラフである。シアンフィルタは、短波長の青色(B)と中波長の緑色(G)を透過するカラーフィルタであり、原色系の青色フィルタに比較して長波長側にブロードな特性になっている。しかし、固体撮像素子36に入射する光には緑色(G)を含まないため、図7(a)に示す分光特性の光がシアンフィルタに入射すると、図7(d)に示すように、青色(B)の光のみがシアンフィルタに邪魔されることなく全て透過し、受光部に達することになる。
FIG. 7B is a graph showing the spectral characteristics of the cyan (Cy) filter. The cyan filter is a color filter that transmits blue (B) with a short wavelength and green (G) with a medium wavelength, and has a broader characteristic on the longer wavelength side than a primary color blue filter. However, since the light incident on the solid-
同様に、図7(c)は、イエロ(Ye)フィルタの分光特性を示すグラフである。イエロフィルタは、中波長の緑色(G)と長波長の赤色(R)を透過するカラーフィルタであり、原色系の赤色フィルタに比較して低波長側にブロードな特性になっている。このため、緑色(G)を含まない図7(a)に示す分光特性の光がイエロフィルタに入射すると、図7(e)に示す様に、赤色(R)がイエロフィルタに邪魔されることなく全て透過し、受光部に到達する。 Similarly, FIG. 7C is a graph showing the spectral characteristics of the yellow (Ye) filter. The yellow filter is a color filter that transmits green (G) having a medium wavelength and red (R) having a long wavelength, and has a broader characteristic on the lower wavelength side than a primary color red filter. For this reason, when the light having the spectral characteristics shown in FIG. 7A that does not include green (G) is incident on the yellow filter, red (R) is disturbed by the yellow filter as shown in FIG. 7E. All pass through and reach the light receiving part.
図8は、固体撮像素子36の4画素分のカラーフィルタ配列を拡大したものである。この例では、シアンフィルタとイエロフィルタをモザイク状、即ち、上下方向、左右方向共に交互にシアンフィルタとイエロフィルタが配置されている。従って、異なる色のカラーフィルタ同士が互いに端部を接触するような状態で形成される。
FIG. 8 is an enlarged view of the color filter array for four pixels of the solid-
これは、最初に一方の色のカラーレジストを塗布してパターニングし、不要な部分を除去した後に他のカラーフィルタを塗布し、最初のカラーフィルタが存在しない部分を埋めるようにして他方のカラーフィルタがパターニングされるからである。染料タイプのカラーフィルタは、粒状性がなく薄膜化しやすいという利点があるが、このように異なる色同士が接触すると、時間の経過と共に互いに染料が混色するという問題が懸念される。 This is done by first applying a color resist of one color and patterning it, then removing the unnecessary part and then applying another color filter to fill the part where the first color filter does not exist and the other color filter. This is because is patterned. Dye-type color filters have the advantage of having no graininess and being easy to form a thin film. However, when different colors come into contact with each other in this way, there is a concern that the dyes are mixed with each other over time.
ところが、本実施形態の様に、固体撮像素子36が青色(B)と赤色(R)の光しか検出せず、また、固体撮像素子36には緑色(G)の光が入射しない構成では、カラーフィルタ境界領域8における染料の混色が進み、図7(b)のシアンフィルタの長波長側のカットオフ波長が多少動いても、あるいは、図7(c)に示すイエロフィルタの短波長側のカットオフ波長が多少動いても、実質的に赤色(R)と青色(B)の光は影響を受け難いという利点がある。
However, as in the present embodiment, the solid-
このため、染料系カラーフィルタ材料の材料設計あるいは材料選択の余地が広がり、露光,現像処理条件の最適化が容易になる。 For this reason, room for material design or material selection of the dye-based color filter material is widened, and optimization of exposure and development processing conditions becomes easy.
上述した実施形態に係る2板式カラー固体撮像装置は、第1の固体撮像素子36と第2の固体撮像素子37とを用いるが、固体撮像素子36,37としては、CMOSイメージセンサやその他のMOS型イメージセンサを用いても、また、電荷結合素子(CCD)によるイメージセンサを用いても良い。
The two-plate color solid-state imaging device according to the above-described embodiment uses the first solid-
更に、各固体撮像素子36,37における画素配置に限定はなく、正方格子配列のものや、特開平10―136391号公報に記載されているように、各画素を各行毎に1/2画素ピッチづつずらした画素配列、所謂ハニカム配列のものでもよい。また、本実施形態は、インターライン型、フレームトランスファー型のいずれのCCDにも適用可能である。
Further, there is no limitation on the pixel arrangement in each of the solid-state
更にまた、実施形態では、固体撮像素子36に設けるシアンフィルタとイエロフィルタをモザイク状に配置したが、各カラーフィルタをストライプ状に配置することでもよい。
Furthermore, in the embodiment, the cyan filter and the yellow filter provided in the solid-
図9(a)は、上述した固体撮像素子36として用いるCCD36aの表面模式図であり、図9(b)は同じく固体撮像素子37として用いるCCD37aの表面模式図である。図中に、R,G,Bとして記載しているのは、赤色(R)信号を検出する画素、緑色(G)信号を検出する画素、青色(B)信号を検出する画素を表しており、G信号を検出する画素にはカラーフィルタを積層しておらず、B信号を検出する画素にはシアン(Cy)カラーフィルタが積層されており、R信号を検出する画素にはイエロ(Ye)カラーフィルタが積層されている。
FIG. 9A is a schematic diagram of the surface of a
CCD36aでは、シアンカラーフィルタとイエロカラーフィルタがモザイク状に配列されているが、例えば図10(a)(b)に示す様に、ストライプ状のシアンカラーフィルタとストライプ状のイエロカラーフィルタとを交互に設ける構成でもよい。
In the
図9において、各列の画素50の右脇には垂直転送路(VCCD)51が形成され、下辺部に水平転送路(HCCD)52が形成され、水平転送路52の出口部に増幅器53が設けられて構成は、一般的なCCDと同様である。
In FIG. 9, a vertical transfer path (VCCD) 51 is formed on the right side of the
図11(a)は、固体撮像素子36として用いるCCD36bの表面模式図であり、図11(b)は、固体撮像素子37として用いるCCD37bの表面模式図である。本実施例では、画素配置をハニカム配列にしたものであり、CCD36bでシアンフィルタとイエロフィルタを交互に設けるのは実施例1と同様である。各画素61の縦方向に並ぶ各画素列の右側には垂直転送路62が蛇行配置され、下辺部には水平転送路63が形成され、水平転送路63の出口には増幅器64が設けられている。
11A is a schematic diagram of the surface of a
ハニカム配列の場合、図12(a)(b)に示す様に、画素上に当たる部分を広くしたストライプ状のシアン(Cy)フィルタ45とイエロフィルタ46とを交互に形成することができる。しかし、各画素毎に色の異なるカラーフィルタを分離してモザイク状に形成してもよい。
In the case of the honeycomb arrangement, as shown in FIGS. 12A and 12B, stripe-like cyan (Cy) filters 45 and
図13(a)はCCD36bの4画素分の拡大図であり、図13(b)はCCD37bの4画素分の拡大図である。CCD36b,37b共に、各画素61は各行毎に1/2ピッチずれており、水平方向に隣接する画素61間に、垂直転送路62が蛇行して配置される。
13A is an enlarged view of four pixels of the
図14は、図13(a)(b)の各丸印XIV内の転送電極を示す詳細図である。菱形に形成された素子分離帯65により各画素61が画成され、素子分離帯65に設けられたゲート部66から、画素間に設けられた垂直転送路62に色信号電荷が読み出される。
FIG. 14 is a detailed view showing the transfer electrode in each circle XIV of FIGS. 13 (a) and 13 (b). Each
垂直転送路62上には、2層ポリシリコン構造でなる転送電極が重ねて設けられ、1つの画素に対して4本の転送電極67a,67b,67c,67dが対応付けられている。これにより、ハニカム画素配置のCCDは、2層ポリシリコン構造の転送電極で全画素読み出し(プログレッシブ動作)可能なCCDとなっている。
On the
ハニカム画素配置のCCD36bでは、Cyフィルタを透過して発生し青色(B)信号と、イエロフィルタを透過して発生した赤色(R)信号とは、それぞれ別々の垂直転送路62を転送するので、各垂直転送路62内でR信号の信号電荷とB信号の信号電荷とが互いに混ざることがないという利点がある。これにより、画質を低下させる偽色や縦スジ等が発生しないという特徴がある。
In the
本実施例のCCD36b,37bは、カラーフィルタの色及びカラーフィルタ層の有無のみ異なる他は、各画素の構造は同じにしている。これにより、同一半導体プロセスでCCD36b,37bを製造でき、製造コストの低減を図ることができる。これは、実施例1に示す正方格子配列のCCDでも同じである。 The CCDs 36b and 37b of the present embodiment have the same structure of each pixel except that only the color of the color filter and the presence or absence of the color filter layer are different. Thereby, the CCDs 36b and 37b can be manufactured by the same semiconductor process, and the manufacturing cost can be reduced. The same applies to the square lattice array CCD shown in the first embodiment.
本実施例に係るCCDの表面構造は、実施例2の図13(a)(b)に示すCCDと同じであるが、画素の断面構造が実施例2と異なる。図15(a)は赤色(R)及び青色(B)を、図13(a)のa―a線断面に相当する実施例3の断面図であり、図15(b)は、図13(b)のb―b線断面に相当する断面図である。 The surface structure of the CCD according to this embodiment is the same as that of the CCD shown in FIGS. 13A and 13B of the second embodiment, but the cross-sectional structure of the pixel is different from that of the second embodiment. FIG. 15A is a cross-sectional view of Example 3 corresponding to red (R) and blue (B) corresponding to the cross section along the line aa in FIG. 13A. FIG. 15B is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing equivalent to the bb sectional view of b).
IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.ED-15,NO.1,JANUARY 1968 の"A Planar Silicon Photosensor with an Optimal Spectral Response for Detecting Printed Material"PAUL A.GARY and JOHN G.LINVILLには、半導体の光学的性質、即ち、受光部を構成する光電変換素子(フォトダイオード)の光電変換特性が、入射光の波長及び半導体基板の深さ方向の位置に依存することを報告している。 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.ED-15, NO.1, JANUARY 1968 "A Planar Silicon Photosensor with an Optimal Spectral Response for Detecting Printed Material" PAUL A.GARY and JOHN G.LINVILL It has been reported that the properties, that is, the photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element (photodiode) constituting the light receiving portion depend on the wavelength of the incident light and the position in the depth direction of the semiconductor substrate.
そこで、本実施例では、半導体の光学的性質を利用する画素構造を採用している。即ち、後述するように、R,G,Bの各色信号検出用の各画素の感度やホワイトバランスを最適化すべく、N+領域の構造、特に、接合深さ(Xj)を変えている。 Therefore, in this embodiment, a pixel structure that utilizes the optical properties of the semiconductor is employed. That is, as will be described later, in order to optimize the sensitivity and white balance of each pixel for detecting R, G, and B color signals, the structure of the N + region, particularly the junction depth (Xj) is changed.
図15(a)は、図2の固体撮像素子36として用いるCCD36cのうち、赤色(R)を検出する画素と青色(B)を検出する画素の断面図である。n型シリコン基板70には、表面側にPウェル層71が形成され、Pウェル層71内の表面部にN+層72R,72Bが形成される。入射光によって発生した信号電荷は、N+層72R,Bに蓄積される。
FIG. 15A is a cross-sectional view of a pixel for detecting red (R) and a pixel for detecting blue (B) in the
赤色を検出する画素においては、このN+層72Rは、シリコン基板70における赤色の光学吸収係数を考慮して、深さXjを約0.8〜2.0μm程度にし、赤色に対する感度を最大にしている。また、青色を検出する画素においては、N+層72Bは、深さXjを約0.1〜0.3μm程度にし、青色に対する感度を最大にしている。
In the pixel for detecting red, the N + layer 72R takes the optical absorption coefficient of red in the
信号電荷蓄積部となるN+層72R,72B(不純物(リンまたは砒素(P又はAs))濃度は約5×1016〜17/cm3)が夫々読出ゲート電極73下まで延在することで、入射光の光量に応じて発生した電荷が、ゲート部を通って垂直転送路74に読み出される。
The N + layers 72R and 72B (impurity (phosphorus or arsenic (P or As)) concentration serving as signal charge storage portions are about 5 × 10 16 to 17 / cm 3 ) extend below the read
N+層72R,72Bが設けられた半導体基板70の表面の一部には、浅いP+層75が設けられており、更に最表面にはSiO2膜76が設けられる。P+層75の不純物(ボロン)濃度は約1×1018/cm3、深さ約0.1μm程度であり、受光部の表面における酸化膜―半導体界面の欠陥準位の低減に寄与している。尚、赤色検出用の画素と青色検出用の画素との間は、素子分離帯77によって分離される。
A shallow P + layer 75 is provided on a part of the surface of the
更に、SiO2膜76の上部表面には、受光領域に開口部78aを持つ遮光膜78が設けられ、その上部に平坦化膜(保護膜)79が形成され、更にその上に、カラーフィルタ層80が設けられ、その上部に平坦化膜81を介してトップレンズ(マイクロレンズ)82が形成される。トップレンズ82は、隣接するトップレンズ82との間に隙間が無いギャップレストップレンズとするのが好ましい。
Further, a
撮像画像の偽色を低減するには、二次元平面上(固体撮像素子表面上)に離散配置された各画素間の水平方向,垂直方向の距離を短くするか、隣接画素間の不感度領域を無くすことが効果的である。各画素間の距離を現状以上に短くするには更に一層の画素の微細化が必要となり、技術的に困難になってきているのは上述の通りである。そこで、本実施例では、トップレンズ82をギャップレスレンズとすることで、隣接画素間の不感度領域を無くし、左右上下に隣接する赤色(R)の受光面と青色(B)の受光面を連続させて、折返し歪みによる偽色を更に低減することにしている。
In order to reduce the false color of the captured image, the horizontal and vertical distances between the pixels that are discretely arranged on the two-dimensional plane (on the surface of the solid-state image sensor) can be shortened, or insensitive areas between adjacent pixels. It is effective to eliminate As described above, further miniaturization of the pixels is required to shorten the distance between the pixels beyond the current level, and it has become technically difficult. Therefore, in this embodiment, the
図15(b)は、図2の固体撮像素子37として用いるCCD37cの画素すなわち緑色(G)を検出する画素の断面図である。図15(a)の断面構造と殆ど同じであるため、同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、違いのみ説明する。
FIG. 15B is a cross-sectional view of a pixel of the
緑色(G)の光を検出する画素においては、N+領域72Gの深さを、シリコン基板70における緑色の光学吸収係数を考慮して、深さXjを約0.3〜0.8μm程度とし、緑色に対する感度を最大にしている。
In a pixel that detects green (G) light, the depth of the N + region 72G is set to about 0.3 to 0.8 μm in consideration of the green optical absorption coefficient in the
また、光分解プリズムにより緑色(G)の光しかCCD37cに入射しないため、図15(a)に示すカラーフィルタ層80は設けず、平坦化膜79がトップレンズ82の下まで形成されている。
Further, since only green (G) light is incident on the
この実施例では、N+層の深さを、即ち、フォトダイオードのPN接合深さXjを、Xj(B)<Xj(G)<Xj(R)としたため、赤色入射光量に応じた信号電荷を高感度にN+層72Rに蓄積でき、緑色入射光量に応じた信号電荷を高感度にN+層72Gに蓄積でき、青色入射光量に応じた信号電荷を高感度にN+層72Bに蓄積できるという効果を有する。 In this embodiment, since the depth of the N + layer, that is, the PN junction depth Xj of the photodiode is Xj (B) <Xj (G) <Xj (R), the signal charge corresponding to the red incident light amount Can be stored in the N + layer 72R with high sensitivity, the signal charge corresponding to the green incident light amount can be stored in the N + layer 72G with high sensitivity, and the signal charge corresponding to the blue incident light amount can be stored in the N + layer 72B with high sensitivity. It has the effect of being able to.
尚、上述した実施例はいずれもCCDの例であるが、MOS型イメージセンサでも、カラーフィルタの構造を実施例1〜3と同様の構造にすることで本発明を適用できるのはいうまでもない。 The above-described embodiments are all examples of CCDs, but it goes without saying that the present invention can also be applied to MOS image sensors by making the color filter structure the same as in Embodiments 1-3. Absent.
本発明に係る2板式カラー固体撮像装置は、小型化,低コスト化を図ることが可能となり、しかも、高解像度,高画質,高感度のカラー画像を撮像できるため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラに搭載するのに有用である。 The two-plate color solid-state imaging device according to the present invention can be reduced in size and cost, and can capture a color image with high resolution, high image quality, and high sensitivity. It is useful for mounting on digital cameras.
22 2板式カラー固体撮像装置
35 色分解プリズム
36 第1の固体撮像素子(R,B検出用)
37 第2の固体撮像素子(G検出用)
36a,36b,36c 第1のCCD(R,B検出用)
37a,37b,37c 第2のCCD(G検出用)
38 緑色反射用ダイクロイックミラー
39 全反射用ダイクロイックミラー
70 n型シリコン基板
72R,72G,72B N+層
78 遮光膜
80 補色系カラーフィルタ層
82 ギッャプレスマイクロレンズ
Cy シアンフィルタ
Ye イエロフィルタ
22 Two-plate color solid-
37 Second solid-state imaging device (for G detection)
36a, 36b, 36c First CCD (for R, B detection)
37a, 37b, 37c Second CCD (for G detection)
38 Green reflective
Claims (10)
Xj(B)<Xj(G)<Xj(R)
の関係を満たすように製造されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の2板式カラー固体撮像装置。 The PN junction depth Xj (B) of the blue detection light-receiving unit, the PN junction depth Xj (R) of the red detection light-receiving unit, and the green detection light-receiving unit provided in the second solid-state imaging device PN junction depth Xj (G) of Xj (B) <Xj (G) <Xj (R)
5. The two-plate color solid-state imaging device according to claim 1, wherein the two-plate color solid-state imaging device is manufactured so as to satisfy the relationship.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004065361A JP2005260318A (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004065361A JP2005260318A (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005260318A true JP2005260318A (en) | 2005-09-22 |
Family
ID=35085665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004065361A Pending JP2005260318A (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005260318A (en) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007135951A (en) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Olympus Medical Systems Corp | Two-plate imaging system |
JP2011235109A (en) * | 2011-06-07 | 2011-11-24 | Olympus Medical Systems Corp | 2 plate imaging device |
KR101243285B1 (en) | 2011-08-19 | 2013-03-13 | 한경대학교 산학협력단 | Apparatus and method for reconstructing color image based on multi-spectrum using Bayer Color Filter Array camera |
JP2016066985A (en) * | 2014-09-17 | 2016-04-28 | 株式会社朋栄 | Two-plate type color or monochrome imaging apparatus, and image processing method for two-plate type color or monochrome imaging apparatus |
US20230068081A1 (en) * | 2018-10-25 | 2023-03-02 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
US11694592B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-07-04 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11721266B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-08-08 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11783749B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-10-10 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11869408B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-01-09 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11893924B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-02-06 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11955044B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-04-09 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11955046B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-04-09 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
US11978379B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-05-07 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11984055B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-05-14 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12008942B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-06-11 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12148343B2 (en) | 2023-05-11 | 2024-11-19 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
-
2004
- 2004-03-09 JP JP2004065361A patent/JP2005260318A/en active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007135951A (en) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Olympus Medical Systems Corp | Two-plate imaging system |
JP2011235109A (en) * | 2011-06-07 | 2011-11-24 | Olympus Medical Systems Corp | 2 plate imaging device |
KR101243285B1 (en) | 2011-08-19 | 2013-03-13 | 한경대학교 산학협력단 | Apparatus and method for reconstructing color image based on multi-spectrum using Bayer Color Filter Array camera |
JP2016066985A (en) * | 2014-09-17 | 2016-04-28 | 株式会社朋栄 | Two-plate type color or monochrome imaging apparatus, and image processing method for two-plate type color or monochrome imaging apparatus |
US20230068081A1 (en) * | 2018-10-25 | 2023-03-02 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
US11694592B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-07-04 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11721266B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-08-08 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11783749B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-10-10 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11798453B2 (en) * | 2018-10-25 | 2023-10-24 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
US11869408B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-01-09 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11893924B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-02-06 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11955044B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-04-09 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11955046B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-04-09 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
US11978379B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-05-07 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US11984055B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-05-14 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12008942B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-06-11 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12136376B2 (en) | 2018-10-25 | 2024-11-05 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12148343B2 (en) | 2023-05-11 | 2024-11-19 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12148344B2 (en) | 2023-06-28 | 2024-11-19 | Baylor University | System and method for a multi-primary wide gamut color system |
US12148342B2 (en) | 2023-07-05 | 2024-11-19 | Baylor University | System and method for a six-primary wide gamut color system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9888194B2 (en) | Array camera architecture implementing quantum film image sensors | |
CN101281921B (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
TWI266903B (en) | Color filter array and solid imaging element | |
US8339489B2 (en) | Image photographing apparatus, method and medium with stack-type image sensor, complementary color filter, and white filter | |
US8232132B2 (en) | Image sensor array with conformal color filters | |
JP4882297B2 (en) | Physical information acquisition apparatus and semiconductor device manufacturing method | |
US20130063641A1 (en) | Dual-sided image sensor | |
WO2010058545A1 (en) | Imaging device | |
JP4448889B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP4887915B2 (en) | Solid-state imaging device | |
WO2014150856A1 (en) | Array camera implementing quantum dot color filters | |
JPWO2009153937A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2005260318A (en) | Two-board type color solid-state imaging apparatus and digital camera | |
JP5621059B2 (en) | Color imaging device and imaging apparatus | |
JP4423452B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US20060181623A1 (en) | Solid-state image device | |
JP4556273B2 (en) | Solid-state image sensor and camera system using the same | |
WO2010100896A1 (en) | Image pickup device and solid-state image pickup element of the type illuminated from both faces | |
JP4495949B2 (en) | Two-plate color solid-state imaging device and digital camera | |
JP2003078919A (en) | Image pickup device | |
JP2002231927A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP2005175893A (en) | Two-plate type color solid-state image pickup device and digital camera | |
JP2005259750A (en) | Multiple-disk color solid state imaging device and digital camera | |
JP2005286700A (en) | Imaging apparatus | |
JP2007066962A (en) | Color solid-state imaging device and digital camera |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060424 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061201 |