CN102956655B - 图像传感器、成像装置和活体成像装置 - Google Patents

图像传感器、成像装置和活体成像装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种图像传感器，包括像素单元，所述像素单元包括：光电二极管、第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。

Description

图像传感器、成像装置和活体成像装置
技术领域
本公开涉及图像传感器、成像装置和活体成像装置，具体地，涉及能够产生优化的光谱特性的图像传感器、成像装置和活体成像装置。
背景技术
在诸如CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器的已知的图像传感器中，通常，像素配置为包括：关于单个光电二极管，布置单个滤色镜和单个芯片上透镜（on-chiplens）（例如，参考日本未审专利申请公开No.2010-232595）。另一方面，存在另一种已知的像素，其例如配置为包括：关于多个光电二极管，布置单个滤色镜，并且将来自多个光电二极管的输出相加（例如，参考日本未审专利申请公开No.2010-28423）。
发明内容
然而，在具有日本未审专利申请公开No.2010-232595和日本未审专利申请公开No.2010-28423教导的配置的像素中，汇聚到光电二极管上的光的光谱特性取决于布置在光电二极管上的滤色镜的光谱特性。因此，为了改进S/N比（信噪比）和颜色再现性，期望开发新的滤色镜。然而，为了开发新的滤色镜，需要大量的时间和成本。此外，即使在开发了用于新的滤色镜的材料时，难以获得汇聚在适于应用的各个像素的光电二极管上的光的优化的光谱特性。在这种情况下，期望一种产生优化的光谱特性的技术，其不是仅仅取决于用于滤色镜的材料的开发。
已经考虑上述情况提出了本技术，用于产生优化的光谱特性。
本技术一个方面的一种图像传感器包括像素单元，所述像素单元包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个可以具有相互不同的光谱特性。
所述像素单元可以输出对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
所述光电二极管可以包括布置在所述第一滤色镜下的第一光电二极管和布置在所述第二滤色镜下的第二光电二极管，以及可以将从像素单元输出的、具有对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的各自光谱特性的电平的电信号相加。
所述像素单元还可以包括共同浮置扩散，其将从所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个输出的电信号相加。
从所述第一光电二极管和第二光电二极管输出的电信号的每个可以通过单独的预设增益放大。
所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个可以单独地预设有电荷累积时间。
所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个可以具有透射红外光的特性。
所述像素单元可以包括：滤色镜组，其包括除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜；以及芯片上透镜组，其包括除了所述第一芯片上透镜和第二芯片上透镜外的一个或多个芯片上透镜，所述一个或多个芯片上透镜布置在所述除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜上。
所述像素单元可以输出对应于所述滤色镜组的各自的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
所述光电二极管可以由每个布置在所述滤色镜组下的光电二极管组构成，以及可以将从像素单元输出的、每个具有对应于所述滤色镜组的光谱特性的电平的电信号相加。
所述像素单元还可以包括共同浮置扩散，其将从所述光电二极管组输出的每个电信号相加。
从所述光电二极管组输出的电信号的每个可以通过单独的预设增益放大。
每个光电二极管组可以单独地预设有电荷累积时间。
所述滤色镜组的每个可以具有透射红外光的特性。
可以在所述光电二极管的上方形成波导。
所述光电二极管可以具有多个输出模式，其通过所述图像传感器的内部或外部控制可选择性地切换。
本技术一个方面的一种成像装置安装有包括像素单元的图像传感器，所述像素单元包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
本技术一个方面的一种活体成像装置包括安装有包括像素单元的图像传感器的成像装置，所述像素单元包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，其中，所述成像装置获取作为目标的活体的图像。
在本技术一个方面的图像传感器中，提供了像素单元，其中包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
在本技术一个方面的成像装置中，安装了包括像素单元的图像传感器，其中包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
在本技术一个方面的活体成像装置中，成像装置安装了包括像素单元的图像传感器，其中像素单元包括：光电二极管；第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置；以及布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，其中所述成像装置获取作为目标的活体的图像。
如上所述，根据本技术，可以产生优化的光谱特性。
附图说明
图1A-B是一般配置的像素单元的截面图；
图2A-B是N划分像素单元的顶视图；
图3图示通过应用本技术的技术配置的单个像素单元的配置示例；
图4图示通过应用本技术的技术配置的N划分像素单元的配置示例；
图5是示出从光电二极管输出的光的光谱特性的图；
图6图示包括布置并堆叠在平面上的相等位置的多个滤色镜的单个像素单元的配置示例；
图7图示从包括布置并堆叠在平面上的相等位置的多个滤色镜的单个像素单元中的光电二极管输出的光的光谱特性；
图8是示出从本技术的配置的像素单元中的光电二极管输出的光的光谱特性的图；
图9图示芯片上透镜的布置；
图10图示形成有波导的本技术的配置的单个像素单元的配置示例；
图11图示对其应用第一相加技术的N划分像素单元的配置示例；
图12是示出从光电二极管输出的光的光谱特性的图；
图13图示对其应用第二相加技术的N划分像素单元的配置示例；
图14图示其中每个小像素的累积时间变化的本技术的配置的N划分像素单元；
图15是其中布置三个滤色镜的本技术的配置的N划分像素单元的顶视图；
图16是示出从光电二极管输出的光的光谱特性的图；
图17图示其中布置红外滤色镜的本技术的配置的N划分像素单元的配置示例；
图18是示出I滤色镜和J滤色镜的光谱特性的图；
图19图示活体信息获得***的配置示例；以及
图20是示出对其应用本技术的成像装置的配置示例的方框图。
具体实施方式
以下，将描述本技术的实施例。
首先，将对于配置图像传感器的一般像素给出描述。以下，在假设图像传感器的接受表面是上表面，与接受表面相对的表面是下表面；并且与接受表面的法线平行的方向是垂直方向，以及与接受表面平行的方向是横向方向的同时，将给出以下描述。
[像素的一般配置]
图1是一般配置的像素单元的截面图。
像素单元意味着这样的结构，其包括若干组成元件，除了作为像素的光电二极管，还包括滤色镜、芯片上透镜等。典型的像素单元包括以下两类。
一类是具有单个光电二极管作为像素的像素单元。这样的像素单元以下将称为单个像素单元。另一类是具有N（N是大于2的整数）个光电二极管作为像素的像素单元。这样的像素单元将称为N划分像素单元。
图1A所示的单个像素单元10配置为关于一个单个光电二极管21，包括绿色滤色镜22和芯片上透镜23，它们从底部起按该顺序堆叠。尽管图中未示出，在光电二极管21和绿色滤色镜22之间，可以布置光透射平坦化膜。
进入芯片上透镜23的光线通过绿色滤色镜22，并且聚焦在光电二极管21上，并且最终进入光电二极管21中。更具体地，在绿色滤色镜22中，在从芯片上透镜23出来的光中，只有具有特定波长带（即，绿色波长带）的光通过绿色滤色镜22，并且进入光电二极管21。光电二极管21输出对应于进入的光量（即，接收的光量）的电平的电信号。这里，注意为了说明方便，尽管布置在单个像素单元10中的滤色镜是绿色滤色镜22，但是滤色镜的颜色不特别限于此。
图1B所示的N（=2）划分像素单元30配置为关于一对相邻的两个光电二极管41-1和41-2，包括绿色滤色镜42和芯片上透镜42，它们从底部起按该顺序堆叠。N划分像素单元中布置的光电二极管的数量不限于两个。
进入芯片上透镜43的光线通过绿色滤色镜42，并且聚焦在光电二极管41-1和41-2上，并且进入光电二极管41-1和41-2中。更具体地，在绿色滤色镜42中，在从芯片上透镜43出来的光中，只有具有特定波长带（即，绿色波长带）的光通过绿色滤色镜42，并且进入光电二极管41-1和41-2。光电二极管41-1和41-2的每个分别输出对应于进入的光量（即，接收的光量）的电平的电信号。
在N划分的像素单元30中，获得等于对应于N个光电二极管的每个接收的光量的每个电平的和的电平的电信号。参考图2，将进行关于来自N划分像素单元30的输出的描述。
[来自N划分像素单元的输出]
图2是当N=4时N划分像素单元的顶视图。两种技术可用于将来自N个光电二极管的电信号的每个相加。图2A是对其应用第一相加技术的N划分像素单元的顶视图。图2B是对其应用第二相加技术的N划分像素单元的顶视图。在图2的顶视图中，芯片上透镜43和绿色滤色镜42没有示出。
如图2A所示，在对其应用第一相加技术的N划分像素单元30中，布置光电二极管41-1到41-4。在光电二极管41-1到41-4的中心位置，布置共同的浮置扩散（以下称为共同FD）部分51。
根据第一相加技术，来自光电二极管41-1到41-4的电信号（每个具有对应于接收的光量的电平）分别传送到共同FD部分51。共同FD部分51将每个电信号相加，并且输出这样的电平（即，每个电平的和）的电信号。因此，在第一相加技术中，将来自N个光电二极管的电信号的每个求和，然后从其输出。
此外，在对其应用第二相加技术的N划分像素单元30中，与图2A那些相同地布置光电二极管41-1到41-4，如图2B所示。光电二极管41-1到41-4的每个分别提供有单独的浮置扩散（以下称为单独FD）部分61-1到61-4。
根据第二相加技术，对应于由各个光电二极管41-1到41-4接收的光量的电平的电信号的每个传送到单独FD部分61-1到61-4的每个。所有电信号分别从单独FD部分61-1到61-4输出，并且在图像信号读取部分（未示出）中相加。因此，在第二相加技术中，来自N个光电二极管的每个的电信号在从单独FD部分61-1到61-4输出后求和。
在N划分像素单元中，即使在对其应用第一相加技术或第二相加技术时，因为获得这样的电平的电信号并且从其输出，其中将对应于来自N个光电二极管的每个的接收的光量的所有电平求和，最终得到来自一个像素的一个电信号。
如上所述，一般配置的单个像素单元10和N划分像素单元30两者都提供有一个滤色镜和单个芯片上透镜。
聚焦在每个光电二极管上的光的光谱特性取决于各个光电二极管上布置的滤色镜的光谱特性。因此，为了改进S/N比和颜色再现性，期望开发新的滤色镜。然而，如上所述，为了开发新的滤色镜，需要大量时间和成本。此外，即使开发了新的用于滤色镜的材料，也难以优化每个像素的光电二极管上聚焦的光的光谱特性以适于应用的目的。
另一方面，已知具有翡翠像素（emerald pixel）的图像传感器，该翡翠像素具有增加的颜色再现性。与已知的具有R像素、G像素和B像素的三种主要颜色像素的图像传感器相反，具有翡翠像素的图像传感器是具有四种主要颜色像素的配置的图像传感器，其中减少G像素的比率但是增加等效量的翡翠像素。然而，与已知的图像传感器相比，在具有翡翠像素的图像传感器中，因为如上所述减少了G像素，所以分辨率可能成比例地劣化。
此外，还已知用于基于R像素、G像素和B像素的像素值估计光源的技术。然而，正在越来越多地使用如白色LED的新的光源。光源的估计变得困难。
本技术的发明人已经开发了一种用于在一个像素单元的平面上的不同位置中堆叠多个滤色镜和多个芯片上透镜的技术。这里，平面上的位置意味着与图像传感器的接受表面平行的二维平面上的位置，这是由指示图像传感器上的像素位置的坐标确定的位置。以下，这样的技术将称为本技术的技术。通过应用本技术的技术，可以产生优化的光谱特性。
参考图3和图4，将关于通过应用本技术的技术配置的单个像素单元和N划分像素单元进行描述。
[通过应用本技术的技术配置的单个像素单元]
图3是示出通过应用本技术的技术配置的单个像素单元的配置示例的图。在图3的左侧，示出一般配置的单个像素单元10。在图3的右侧，示出通过应用本技术的技术配置的单个像素单元100。
在图3的左上，示出一般配置的相邻四个单个像素单元10到13的一组顶视图。注意，在图3或后面所示的顶视图中省略了芯片上透镜。单个像素单元10布置有绿色滤色镜22。单个像素单元11布置有蓝色滤色镜25。单个像素单元12布置有红色滤色镜26。单个滤色镜13布置有绿色滤色镜27。
在图3的左下示出沿着线L-L’获取的一般配置的单个像素单元10的截面图。如参考图1A描述的，一般配置的单个像素单元10配置为关于单个光电二极管21，包括单个绿色滤色镜22和单个芯片上透镜23，它们按照该顺序从底部起堆叠。
通过将本技术的技术应用于一般配置的单个像素单元10和13，获得在图3的右侧所示的配置的单个像素单元100和103（以下称为本技术配置的单个像素单元100和103）。也就是说，布置在单个像素单元10和13上的单个绿色滤色镜22和27分别划分为四个，并且四划分绿色滤色镜22和27用1：1数量比的A色滤色镜和B色滤色镜替代（即，每种两个）。由此，多个滤色镜布置在一个像素单元中平面上的不同位置。
在图3的右上示出了本技术配置的单个像素单元100和103以及一般配置的单个像素单元101和102的一组的顶视图。
本技术配置的单个像素单元100布置有A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL。这里，A色滤色镜意味着在来自芯片上透镜的光中只透射A色的波长带的光。另一方面，B色滤色镜意味着在来自芯片上透镜的光中只透射B色的波长带的光。A色滤色镜和B色滤色镜两者分别替换一般绿色滤色镜。因此，A色滤色镜和B色滤色镜是透射一般绿色滤光镜透射光的波长带（大约500到570nm的范围）内的任意范围（即，第一范围和与其不同的第二范围）中的波长带的光的滤色镜。
类似地，本技术配置的单个像素单元103布置有A色滤色镜117-UL和117-DR以及B色滤色镜117-UR和117-DL。也就是说，本技术配置的单个像素单元100和103布置有1：1数量比的A色滤色镜和B色滤色镜（即，每种两个）。
与图3的左上所示的一般配置的单个像素单元11相同，一般配置的单个像素单元101布置有蓝色滤色镜115。此外，一般配置的单个像素单元102布置有红色滤色镜116，与图3的左上所示的一般配置的单个像素单元12相同。
在图3的右下示出沿线L-L’获取的本技术配置的单个像素单元100的截面图。
本技术配置的单个像素单元100配置为关于单个光电二极管111，包括一对A色滤色镜112-UL和B色滤色镜112-UR、一对芯片上透镜113-UL和芯片上透镜113-UR，它们从底部起按该顺序堆叠。也就是说，在A色滤色镜112-UL上，布置芯片上透镜113-UL；以及在B色滤色镜112-UR上，布置芯片上透镜113-UR。
如上所述，在图3的示例中，在本技术配置的单个像素单元100中，关于布置在单个光电二极管111上的滤色镜，采用两类滤色镜，如A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL，并且相同类型的滤色镜布置在对角线上。然而，用于本技术配置的单个像素单元的滤色镜不特别限于图3的示例，而是可以任意采用两个或更多类型的多个滤色镜。
[通过应用本技术的技术配置的N划分像素单元]
图4图示通过应用本技术的技术配置的N划分像素单元的配置示例。在图4的左侧示出一般配置的N划分像素单元30；在图4的右侧示出通过应用本技术的技术配置的N划分像素单元100a。
在图4的左上示出一般配置的相邻四个N划分像素单元30到33的一组的顶视图。N划分像素单元30布置有绿色滤色镜42。N划分像素单元31布置有蓝色滤色镜45。N划分像素单元32布置有红色滤色镜46。N划分像素单元33布置有绿色滤色镜47。
在图4的左下示出沿着线L-L’获取的一般配置的N划分像素单元30的截面图。如参考图1B描述的，一般配置的N划分像素单元30配置为关于相邻两个光电二极管41-1和41-2，包括单个绿色滤色镜42和单个芯片上透镜43，它们按照该顺序从底部起堆叠。
通过将本技术的技术应用于一般配置的N划分像素单元30和33，获得在图4的右侧所示的本技术配置的N划分像素单元100a和103a。也就是说，布置在N划分像素单元30和33上的单个绿色滤色镜42和47分别划分为四个；四划分绿色滤色镜42和47分别用1：1数量比的A色滤色镜和B色滤色镜替代（即，每种两个）。由此，多个滤色镜布置在一个像素单元中平面上的不同位置。
在图4的右上示出了本技术配置的N划分像素单元100a和103a以及一般配置的N划分像素单元101a和102a的一组的顶视图。
本技术配置的N划分像素单元100a布置有A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL。类似地，本技术配置的N划分像素单元103a布置有A色滤色镜117a-UL和117a-DR以及B色滤色镜117a-UR和117a-DL。也就是说，本技术配置的N划分像素单元100a和103a布置有1：1数量比的A色滤色镜和B色滤色镜（即，每种两个）。
与图4的左上所示的一般配置的单个像素单元31相同，一般配置的N划分像素单元101a布置有蓝色滤色镜115a。此外，与图4的左上所示的一般配置的N划分像素单元32相同，一般配置的N划分像素单元102a布置有红色滤色镜116a。
在图4的右下示出沿线L-L’获取的本技术配置的N划分像素单元100a的截面图。
本技术配置的N划分像素单元100a配置为关于一对相邻两个光电二极管111a-UL和111a-UR，包括一对A色滤色镜112a-UL和B色滤色镜112a-UR以及一对芯片上透镜133a-UL和芯片上透镜133a-UR，它们从底部起按该顺序堆叠。也就是说，从底部起按该顺序布置光电二极管111a-UL、A色滤色镜112a-UL和芯片上透镜113a-UL；以及从底部起按该顺序布置光电二极管111a-UR、B色滤色镜112a-UR和芯片上透镜113a-UR。
如上所述，在图4的示例中，在本技术配置的N划分像素单元100a中，关于布置在N个光电二极管上的滤色镜，采用两类滤色镜，如A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL，并且相同类型的滤色镜布置在对角线上。用于本技术配置的N划分像素单元的滤色镜不特别限于图4的示例，而是可以任意采用两个或更多类型的多个滤色镜。
[输出光的光谱特性]
在本技术配置的像素单元中，即，在一个像素单元中的平面上的不同位置布置多个滤色镜的像素单元中，从光电二极管输出的电信号是多个滤色镜的光谱特性的组合的结果，如图5所示。
图5是示出从本技术配置的像素单元中的光电二极管输出的光的光谱特性的图。在图5中，垂直轴表示透射率；以及水平轴表示波长。
布置在本技术配置的单个像素单元100上的A色滤色镜112-UL和112-DR具有在波长520到540nm的范围内透射率最高的特性，如实线所示。布置在本技术配置的单个像素单元100上的B色滤色镜112-UR和112-DL具有在波长530到580nm的范围内透射率最高的特性，如虚线所示。
布置在本技术配置的单个像素单元100上的光电二极管111，接收通过具有上述特性的A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL的光。在该情况下，进入光电二极管111的是作为A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL的特性组合的结果的光的光谱特性，即，图5中用虚线指示的光谱（spectroscopic）输出C的特性。相应地，在本技术配置的单个像素单元100中，光电二极管111输出对应于光谱输出C的电平的电信号。
类似地，布置在本技术配置的N划分像素单元100a上的N个光电二极管，接收通过具有图5所示特性的A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL的光。在该情况下，当组合进入N个光电二极管的光的每个光谱特性时，获得A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL的特性组合的结果，即，获得图5中用虚线指示的光谱输出C的特性。相应地，在本技术配置的N划分像素单元100a中，作为对应于N个光电二极管接收的光量的每个电平的和的电平的电信号（即，对应于光谱输出C的电平的电信号），从共同FD部分201（下面描述）或图像信号读取部分（例如，在下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533））输出。
如上所述，本技术配置的单个像素单元100和N划分像素单元100a每个配置为包括具有图5所示特性的A色滤色镜和B色滤色镜，它们在一个像素单元中的平面上的不同位置以1：1的比率布置。因此，聚焦在单个像素单元100上布置的光电二极管上的光具有用图5中的虚线指示的光谱输出C的特性。当组合进入N划分像素单元100a的N个光电二极管的光的每个光谱特性时，获得用图5中的虚线指示的光谱输出C的特性。也就是说，利用具有本技术配置的单个像素单元100和N划分像素单元100a，可以产生不同于通过用于A色滤色镜和B色滤色镜的材料导致的原始光谱特性的、新的光谱特性（即，光谱输出C的特性）。也就是说，可以产生新的光谱特性而不取决于新的滤色镜的材料的开发。
然而，例如当在一个像素单元中的平面上的相等位置布置和堆叠多个滤色镜时，从光电二极管输出的光的光谱特性是在平面上相等位置堆叠的多个滤色镜的光谱特性的积分结果。将参考图6和7进行关于这点的详细描述。
[在像素单元内的平面上相等位置布置多个滤色镜]
图6图示包括在平面上相等位置布置和堆叠的多个滤色镜的单个像素单元的配置示例。
在图6的左侧示出一般配置的单个像素单元10。因为已经参考图1A等进行了一般配置的单个像素单元10的描述，所以这里将省略其描述。
关于一般配置的单个像素单元10，在图6的右侧，示出了包括在平面上相等位置布置和堆叠的多个滤色镜的单个像素单元120。
具体地，图6右上侧的图是包括其中在平面上的相等位置布置和堆叠多个滤色镜的单个像素单元120和123的单个像素单元的一组的顶视图。在图6右下侧的图是沿线L-L’获取的单个像素单元120的截面图。
如图6的右上侧和右下的图中所示，单个像素单元120配置为关于单个光电二极管131，包括B滤色镜132、A滤色镜133和一对芯片上透镜134-L和芯片上透镜134-R，它们从底部其按该顺序堆叠。也就是说，在布置有光电二极管131的平面上的相等位置处，布置和堆叠B滤色镜132和A滤色镜133。
[输出光的光谱特性]
图7图示从包括如上所述布置和堆叠在平面上相等位置的多个滤色镜的单个像素单元120中的光电二极管131输出的光的光谱特性。在图7中，垂直轴表示透射率，并且水平轴表示波长。
布置在单个像素单元120上的A色滤色镜133具有如图7中的实线指示的、透射率在大约波长600nm附近最高的特性。布置在单个像素单元120上的B色滤色镜132具有如虚线指示的、透射率在大约波长500nm附近最高的特性。布置在单个像素单元120上的光电二极管131接收通过每个具有上述特性的A色滤色镜133和B色滤色镜132的两个滤色镜的光。
在该情况下，进入光电二极管131的光是A色滤色镜133的特性和B色滤色镜132的特性的积分结果，即，图7中的虚线指示的光谱输出T的特性。这个原因是当多个滤色镜布置在单个像素单元120中的平面上的相等位置时，在多个滤色镜的每个中出现光谱吸收。因此，从光电二极管131只输出对应于定位在单个像素单元120中的平面上的相等位置的所有滤色镜的光谱特性的积分结果的电平的电信号。
[从具有本技术配置的像素单元输出的光的光谱特性]
相反，当使用图7所示的A色滤色镜和B色滤色镜时，在本技术配置的像素单元中，从光电二极管输出的光的光谱特性如图8所示。
图8是示出从本技术配置的像素单元中的光电二极管输出的光的光谱特性的图。在图8中，垂直轴表示透射率，并且水平轴表示波长。
如图8所示，布置在本技术配置的像素单元上的A色滤色镜和B色滤色镜，具有和布置在已经参考图7描述的单个像素单元120上的A色滤色镜133和B色滤色镜132的特性相同的特性。
进入布置在本技术配置的单个像素单元100中的光电二极管111的光是通过A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL（其每个具有上述特性）的每个的光。在该情况下，进入光电二极管111的光的光谱特性是A色滤色镜112-UL和112-DR以及B色滤色镜112-UR和112-DL的特性的合成结果，即，图8中用虚线指示的光谱输出C的特性。相应地，在本技术配置的单个像素单元100中，光电二极管111输出对应于光谱输出C的电平的电信号。
类似地，进入布置在本技术配置的N划分像素单元100a中的N个光电二极管的光是通过A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL（其每个具有图8所示的特性）的光。在该情况下，进入N个光电二极管的光的光谱特性的合成结果是A色滤色镜112a-UL和112a-DR以及B色滤色镜112a-UR和112a-DL的特性的合成结果，即，图8中用虚线指示的光谱输出C的特性。相应地，在本技术配置的N划分像素单元100a中，获得具有其中对应于N个光电二极管的每个接收的光量的所有电平求和的电平的电信号。也就是说，对应于光谱输出C的电平的电信号从共同FD部分201（下面描述）或在下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）输出。
如上面参考图3到图8描述的，在具有本技术配置的单个像素单元100和N划分像素单元100a中，多个滤色镜布置在一个像素单元中的平面上的不同位置。相应地，可以产生新的光谱特性而不取决于用于新的滤色镜的材料的开发。
这里，定义接收通过一个滤色镜的光的单元为像素，当多个滤色镜布置在一个像素单元的平面上的不同位置时，一个像素包括在多个滤色镜的每个中。也就是说，多个像素包括在一个像素单元中。为了区分一个像素单元中包括的多个像素和一般像素，以下将该多个像素称为小像素。
[芯片上透镜的布置]
如参考图3和图4所述，在具有本技术配置的单个像素单元100和N划分像素单元100a中，对于在一个像素单元中的平面上不同位置布置的多个滤色镜的每个布置芯片上透镜，即，为每个小像素布置芯片上透镜。
图9图示芯片上透镜的布置。
在图9的左端的图图示一般配置的单个像素单元10。因为已经参考图1A等给出一般配置的单个像素单元10的描述，所以这里省略其描述。
从图9左边起第二图是包括在一个像素单元中的平面上的不同位置布置的多个滤色镜的单个像素单元150和153、以及一般配置的单个像素单元151和152的一组的顶视图。底部图是沿线L-L’获取的单个像素单元150的截面图。单个像素单元150配置为关于单个光电二极管161，包括一对A色滤色镜162-UL和B色滤色镜162-UR以及单个芯片上透镜163，它们从底部起按该顺序堆叠。
如图9的第二图所示，在单个像素单元150中，关于单个光电二极管161，尽管布置多个滤色镜，但是只布置一个芯片上透镜163。在该情况下，当光从斜方向进入芯片上透镜163时，通过多个滤色镜的光量不一致。伴随这点，进入光电二极管161的光的光谱特性也变化。也就是说，进入光电二极管161的光的光谱特性取决于进入芯片上透镜163的光的进入角度而变化。例如，如图9的从左边起第二图的示例所示，通过B滤色镜162-UR的光量大于通过A滤色镜162-UL的光量。因此，进入光电二极管161的光的光谱特性变化。
因此，如图9的从左边起第三和第四图所示，在具有本技术配置的单个像素单元100和N划分像素单元100a中，对于一个像素单元中的平面上的不同位置布置的多个滤色镜布置芯片上透镜，即，为每个小像素布置。
在本技术配置的单个像素单元100中，芯片上透镜113-UL布置在A滤色镜112-UL上，并且芯片上透镜113-UR布置在B滤色镜112-UR上。为此，减少了通过A滤色镜112-UL和B滤色镜112-UR的光量的不均匀，因此减少了进入光电二极管111的光的光谱特性的变化。
类似地，同样在本技术配置的N划分像素单元100a中，芯片上透镜113a-UL布置在A滤色镜112a-UL上，并且芯片上透镜113a-UR布置在B滤色镜112a-UR上。为此，减少了通过A滤色镜112a-UL和B滤色镜112a-UR的光量的不均匀，因此减少了进入光电二极管111a-UL和光电二极管111a-UR的光的光谱特性的变化。
通过如上所述在一个像素单元中的平面上的不同位置布置多个滤色镜和多个芯片上透镜，光学地组合了每个像素单元中布置的光电二极管上聚焦的光。为此，可以控制聚焦到每个光电二极管上的光的光谱特性，以便优化适于应用目的。
[形成有波导的本技术配置的单个像素单元的配置示例]
由于离子注入的不一致性等，在一个像素单元中布置的光电二极管中可能不能确保一致的光电转换。在光电二极管的灵敏度上可能产生不均匀。
图10图示形成有波导的本技术配置的单个像素单元的配置示例。
在图10的左端图示一般配置的单个像素单元10。因为已经参考图1A等给出一般配置的单个像素单元10的描述，所以这里省略其描述。
在图10的中心，示出本技术配置的单个像素单元100。已经参考图3的右侧的图进行了本技术配置的单个像素单元100的描述。这里省略其描述。
假设光电二极管111在灵敏度上不均匀，使得例如接受表面的边缘区域具有低灵敏度，并且其中心区域具有高灵敏度，如图10的中下部图所示。在该情况下，例如即使在光强度在通过A滤色镜112-UL并进入光电二极管111的边缘区域的光、以及通过B滤色镜112-UR并进入光电二极管111的中心区域的光之间光强度相同时，中心区域的光强度高于边缘区域的光强度，并且在中心区域输出更高电平的电信号。
因此，当如图10的中下的图所示在光电二极管111的灵敏度中发现不均匀时，例如，在光电二极管111上布置波导169，如图10的右下的图所示。为此，通过A滤色镜112-UL的光和通过B滤色镜112-UR的光被波导169收集，并且被允许进入具有更高灵敏度的光电二极管111的中心区域。因此，当通过A滤色镜112-UL的光和通过B滤色镜112-UR的光之间光强度相同时，输出的电信号具有相同电平。
通过如上所述在本技术配置的单个像素单元100中布置波导169，聚焦在光电二极管111上的光被光学地组合，同时减少了光电二极管111的灵敏度不均匀的影响。为此，可以优化地控制聚焦在每个光电二极管上的光的光谱特性，以适于应用的目的。
如上所述，利用本技术配置的像素单元，可以通过光学地组合光，控制聚焦在光电二极管上的光的光谱特性。下面将进行描述，同时给出通过电组合光控制聚焦在光电二极管上的光的光谱特性的示例。
[对其应用第一相加技术的N划分像素单元]
在N划分像素单元中，输出具有将每个对应于N个光电二极管的接收光量的每个电平相加的电平的电信号。如上所述，关于将N个光电二极管的电信号的每个相加的技术，第一技术和第二技术是可用的。
图11图示对其应用第一相加技术的N划分像素单元的配置示例。
在图11的左侧示出对其应用第一相加技术的一般配置的N划分像素单元170。在图11的右侧示出对其应用第一相加技术的本技术配置的N划分像素单元100b。
图11的左上的图是对其应用第一相加技术的一般配置的相邻四个N划分像素单元170到173的一组的顶视图。
N划分像素单元170布置有四个绿色滤色镜182-UL、182-UR、182-DL和182-DR。四个绿色滤色镜的每个布置有用三角形指示的传送栅极200。并且在四个绿色滤色镜的中心部分，布置共同FD部分201。
N划分像素单元171布置有四个蓝色滤色镜185-UL、185-UR、185-DL和185-DR。四个蓝色滤色镜的每个布置有传送栅极200。并且在四个蓝色滤色镜的中心部分，布置共同FD部分201。
N划分像素单元172布置有四个红色滤色镜186-UL、186-UR、186-DL和186-DR。四个红色滤色镜的每个布置有传送栅极200。并且在四个红色滤色镜的中心部分，布置共同FD部分201。
N划分像素单元173布置有四个绿色滤色镜187-UL、187-UR、187-DL和187-DR。四个绿色滤色镜的每个布置有传送栅极200。并且在四个绿色滤色镜的中心部分，布置共同FD部分201。
如图11的左下的图所示，根据第一相加技术，对应于N划分像素单元170的四个绿色光电二极管181-UL、181-UR、181-DL和181-DR接收的光量的电平的电信号分别传送到传送栅极200，然后传送到共同FD部分201。共同FD部分201输出等于将每个电信号相加的信号，即，具有等于将每个电平求和的电平的电信号。共同FD部分201同时读取累积的每个电荷，从而将对应于读取电荷的电平的电信号相加。因此，根据第一相加技术，来自N（该情况下4）个光电二极管的每个的各种电平的每个电信号相加，并且N划分像素单元170输出求和后的电平的电信号。
类似地，同样在N划分像素单元171到173中，对应于各自的光电二极管接收的光量的电平的电信号传送到每个传送栅极200，并且每个信号传送到共同FD部分201。N划分像素单元171到173的每个输出共同FD部分201进行的每个电信号的求和后的电平的电信号。
图11的右上的图是对其应用第一相加技术的本技术配置的N划分像素单元100b和103b以及一般配置的N划分像素单元101b和102b的一组的顶视图。
本技术配置的N划分像素单元100b布置有A滤色镜112b-UL和112b-DR以及B滤色镜112b-UR和112b-DL。四个滤色镜的每个布置有用三角形指示的传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
一般配置的N划分像素单元101b布置有四个蓝色滤色镜115b-UL、115b-UR、115b-DL和115b-DR。四个滤色镜的每个布置有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
一般配置的N划分像素单元102b布置有红色滤色镜116b-UL、116b-UR、116b-DL和116b-DR。四个滤色镜的每个布置有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
本技术配置的N划分像素单元103b布置有B滤色镜117b-UL和117b-DR以及A滤色镜117b-UR和117b-DL。四个滤色镜的每个提供有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
如图11的右下的图所示，根据第一相加技术，对应于本技术配置的N划分像素单元100b的A光电二极管111b-UL和111b-DR以及B光电二极管111b-UR和111b-DL接收的光量的电平的电信号分别传送到每个传送栅极210，然后传送到共同FD部分211。N划分像素单元100b输出等于将每个电信号相加的信号，即，具有等于由共同FD部分211求和的各个电平的信号的和的电平的电信号。共同FD部分211同时读取累积的每个电荷，从而将对应于读取电荷的电平的电信号相加。
类似地，同样在N划分像素单元101b到103b中，对应于各自的光电二极管接收的光量的各个电平的电信号传送到每个传送栅极210，然后传送到共同FD部分211。
在该情况下，从本技术配置的N划分像素单元100b和103b输出的光的光谱特性具有用图5中的虚线指示的光谱输出C的特性。也就是说，N划分像素单元100b和103b输出对应于在N划分像素单元100b和103b中的平面上的不同位置布置的多个滤色镜的光谱特性的合成结果的电平的电信号。也就是说，利用本技术配置的N划分像素单元100b和103b，可以产生新的光谱特性，其不同于通过用于A滤色镜和B滤色镜的材料获得的原始光谱特性。
[使用增益的光谱特性的调整]
在图11的右侧所示的本技术配置的N划分像素单元100b和103b中，共同FD部分211同时读取多个光电二极管的电信号并且简单地将电信号相加，该多个光电二极管每个具有对应于接收光量的不同电平。然而，共同FD部分211可以对于接收具有相等光谱特性的光的光电二极管的每个，在不同定时读取电信号，并且将电信号相加，该电信号的电平可以利用单独预设的增益放大。
这里，假设在图11右侧所示的本技术配置的N划分像素单元100b和103b中，以1：1数量比布置的A滤色镜和B滤色镜例如分别用D滤色镜和E滤色镜替换，其每个具有图12所示的特性。
图12示出从以1：1数量比布置有D滤色镜和E滤色镜的、本技术配置的N划分像素单元100b和103b中的光电二极管输出的光的光谱特性。在图12中，垂直轴表示透射率，并且水平轴表示波长。
本技术配置的N划分像素单元100b和103b中布置的D滤色镜具有这样的特性，使得在图12中以实线指示的波长520到540nm的范围内透射率最高。此外，本技术配置的N划分像素单元100b和103b中布置的E滤色镜具有这样的特性，使得在图12中以实线指示的波长540到590nm的范围内透射率最高。
在该情况下，本技术配置的N划分像素单元100b和103b中布置的共同FD部分211可以在不同定时读取对应于D滤色镜和E滤色镜的光谱特性的电平的电信号，并且将这些电信号直接相加。为此，可以获得与滤色镜类型相同数量的电信号，即，在该情况下为两种不同电信号。
共同FD部分211还可以在不同定时对接收具有相同光谱特性的光的每个光电二极管读取电信号，然后将通过单独预设增益放大的电平的电信号相加。增益通过下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）设置。
例如，当对应于通过E滤色镜并进入光电二极管的接收光量的电平的电信号的增益设为5倍时，透射率具有这样的特性，使得光谱输出F在波长540到590nm的范围内放大5倍，如图12中的链线所示。
因此，在本技术配置的N划分像素单元100b和103b中，输出滤色镜D的光谱特性和其中滤色镜E的增益放大5倍的光谱特性的合成结果，即，对应于图12中用虚线所示的光谱输出F的特性的电平的电信号。如上所述，在对于接收相等光谱特性的光的每个光电二极管在不同定时读取电信号之后，将其电平通过单独预设增益放大的电信号相加，从而可以产生新的光谱特性。因此，通过电组合多个滤色镜的光谱特性，可以优化地控制光谱特性，以适于应用目的。
[对其应用第二相加技术的N划分像素单元]
随后，将关于对其应用第二相加技术的N划分像素单元进行描述。
图13图示对其应用第二相加技术的N划分像素单元的配置示例。
图13中的上部图是对其应用第二相加技术的、本技术配置的N划分像素单元100c和103c，和一般配置的N划分像素单元101c和102c的一组的顶视图。
在本技术配置的N划分像素单元100c中，布置A滤色镜112c-UL和112c-DR以及B滤色镜112c-UR和112c-DL。此外，四个滤色镜的每个提供有用三角形指示的传送栅极以及单独的FD部分220。也就是说，传送栅极和单独的FD部分220堆叠在相同位置。
在一般配置的N划分像素单元101c中，布置四个蓝色滤色镜115c-UL、115c-UR、115c-DL和115c-DR。此外，四个滤色镜的每个提供有传送栅极以及单独的FD部分220。
在一般配置的N划分像素单元102c中，布置四个红色滤色镜116c-UL、116c-UR、116c-DL和116c-DR。此外，四个滤色镜的每个提供有传送栅极以及单独的FD部分220。
在本技术配置的N划分像素单元103c中，布置B滤色镜117c-UL和117c-DR以及A滤色镜117c-UR和117c-DL。此外，四个滤色镜的每个提供有传送栅极以及单独的FD部分220。
根据第二相加技术，对应于在本技术配置的N划分像素单元100c的A光电二极管111c-UL和111c-DR以及B光电二极管111c-UR和111c-DL每个处接收的光量的不同电平的电信号分别传送到传送栅极和单独的FD部分220，如图13的下部图所示。每个电信号分开从传送栅极和单独的FD部分220输出，并且通过下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）相加。
类似地，同样在N划分像素单元101c到103c中，每个具有对应于在各自的光电二极管接收的光量的不同电平的电信号分别传送到传送栅极和单独的FD部分220，然后通过下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）相加。
在该情况下，从本技术配置的N划分像素单元100c和103c输出的光的光谱特性具有用图5中的虚线指示的特性。也就是说，从N划分像素单元100c和103c输出对应于在N划分像素单元100c和103c中的平面上的不同位置布置的多个滤色镜的光谱特性的合成结果的电平的电信号。也就是说，利用本技术配置的N划分像素单元100c和103c，可以产生新的光谱特性，其不同于通过用于A滤色镜和B滤色镜的原始材料的光谱特性。
与对其应用第一相加技术的本技术配置的N划分像素单元100c和103c相同，假设在对其应用第二相加技术的本技术配置的N划分像素单元100c和103c中，滤色镜例如用D滤色镜和E滤色镜替换，其每个具有图12所示的特性。
同样在该情况下，在对其应用第二相加技术的本技术配置的N划分像素单元100c和103c中，每个具有对应于D滤色镜或E滤色镜的光谱特性的电平的电信号可以在不同或相同定时读取，然后通过未示出的图像信号读取部分相加。为此，可以获得与滤色镜类型相同数量的电信号，即，在该情况下为两种不同电信号。
下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）可以配置如下。也就是说，在将每个具有不同电平的电信号相加之前，对于每个具有相等光谱特性的光设置相互不同的多个增益，并且在以不同或相同定时读取电信号之后，将每个具有通过各自的增益放大的电平的电信号相加。同样为此，通过对其应用第二相加技术的本技术配置的N划分像素单元100c和103c，可以产生新的光谱特性。通过如上所述电组合多个滤色镜的光谱特性，可以优化地控制光谱特性，以适于应用目的。
在已经参考图11的右侧和图13描述的本技术配置的N划分像素单元中，来自N个光电二极管的电信号在所有信号相加后输出，或者在所有信号输出后相加。然而，在本技术配置的N划分像素单元中，来自N个光电二极管的电信号的每个可以分开地输出而不需要相加，并且可以通过下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像处理部分515）直接用作一个电信号。
例如，在线性矩阵的计算中，可用于计算的对应于颜色的电信号的类型的数量越大，获得越高的输出图像的颜色再现性。因此，存在已知的技术，其中为了增强颜色再现性，例如绿色光电二极管的一部分用翡翠光电二极管替换，从而增加可用于计算的对应于颜色的电信号的类型。然而，当绿色光电二极管的一部分用翡翠光电二极管替换时，由于绿色光电二极管的数量的减少，分辨率可能劣化。
与此相反，在本技术配置的N划分像素单元中，当使用翡翠光电二极管时，绿色光电二极管和翡翠光电二极管布置在一个像素单元中。结果，确保绿色光电二极管的数量和分辨率两者。
因此，在本技术配置的N划分像素单元中，来自N个光电二极管的电信号的每个可以分开用于信号处理。因此，可用于信号处理的对应于颜色的电信号的数量可以增加。相应地，颜色再现性可以增强，同时确保分辨率。
如上所述，在本技术配置的N划分像素单元中，三种技术可用作用于输出来自N个光电二极管的每个的电信号的电平的技术。在第一技术中，来自N个光电二极管的每个的电信号的电平直接求和，然后输出求和后电平的电信号。在第二技术中，来自N个光电二极管的每个的电信号的每个电平通过单独预设的增益放大并求和，然后输出求和后电平的电信号。在第三技术中，来自N个光电二极管的电信号的每个分开输出。通过选择性地应用这三种输出技术，可以获得多个不同输出。
使用这些技术，可以控制电信号的输出以在三种输出模式之间切换，即，从传送栅极和/或单独的FD的传输定时；电信号的相加ON/OFF；以及下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的控制部分514）。因此，通过执行上述控制，即使是相同图像传感器，也可以获得适于应用目的（例如，标准相机、医疗设备等）或环境（例如，色温、亮度等）的不同光谱特性的输出。
[宽动态范围的应用]
在本技术配置的N划分像素单元中，通过如图14所示对每个小像素改变光（电荷）的累积时间，可以应用宽动态范围。
图14图示其中对每个小像素改变电荷的累积时间的本技术配置的N划分像素单元。
图14是对其应用第一相加技术的本技术配置的N划分像素单元100b和103b以及一般配置的N划分像素单元101b和102b的一组的顶视图。因为已经参考图11等进行了上面的描述，这里将省略其描述。
在图14左侧的N划分像素单元100b到103b中，小像素中的电荷累积时间相同。
相反，在图14右侧的N划分像素单元100b到103b中，每个小像素的电荷累积时间改变。
具体地，在本技术配置的N划分像素单元100b中布置的A滤色镜112b-UL和B滤色镜112b-UR适配为长时间段累积（以下称为长累积）。相反，在本技术配置的N划分像素单元100b中布置的A滤色镜112b-DL和B滤色镜112b-DR适配为短时间段累积（以下称为短累积）。
同样在一般配置的N划分像素单元101b中，蓝色滤色镜115b-UL和115b-UR适配为长累积，蓝色滤色镜115b-DL和115b-DR适配为短累积。
同样在一般配置的N划分像素单元102b中，红色滤色镜116b-UL和116b-UR适配为长累积，红色滤色镜116b-DL和116b-DR适配为短累积。
在本技术配置的N划分像素单元103b中布置的B滤色镜117b-UL和A滤色镜117b-UR适配为长累积，A滤色镜117b-DL和B滤色镜117b-DR适配为短累积。
在该情况下，在N划分像素单元100b到103b中，A滤色镜和B滤色镜两者布置在长累积的小像素的每个和短累积的小像素的每个中。因此，在N划分像素单元100b到103b中，在长累积的小像素和短累积的小像素两者中，获得具有作为A滤色镜和B滤色镜的光谱特性的合成结果的新的光谱特性的输出。也就是说，利用本技术配置的N划分像素单元，通过应用宽动态范围可以获得新的光谱特性的输出。
[布置在像素单元中的示例滤色镜]
在上述示例中，在本技术配置的像素单元中，绿色滤色镜用多个滤色镜（即，A滤色镜和B滤色镜）替换。然而，其他滤色镜（例如，红色滤色镜或蓝色滤色镜）可以用多个滤色镜替换。在本技术配置的像素单元中，可以布置色素材料或染料材料的滤色镜。本技术配置的像素单元可应用于以拜耳阵列、清除位阵列（clear bit array）或其他阵列布置的像素。
在上面示例中，在本技术配置的像素单元中，绿色滤色镜划分为四，并且分别用1：1数量比的多个滤色镜（即，两个A滤色镜和两个B滤色镜）替换。然而，划分数量（即，小像素的数量）和多个滤色镜的数量比不限于上面。
在上面示例中，在本技术配置的像素单元中，A滤色镜和B滤色镜以1：1比率（即，每种两个）布置。因此，从本技术配置的像素单元输出的光具有作为A滤色镜和B滤色镜的特性的合成结果的、A滤色镜和B滤色镜的特性之间的中间特性的光谱特性，与图5的光谱输出C相同。相反，当A滤色镜和B滤色镜例如以3：1的比率布置时，从本技术配置的像素单元输出的光具有作为A滤色镜和B滤色镜的特性的合成结果的、更接近图5所示的A滤色镜的光谱特性的特性。
在本技术配置的像素单元中，一个像素单元中可布置的滤色镜的最大数量等于像素单元的划分数量，即，等于小像素的数量。参考图15，将关于其中布置三个滤色镜的本技术配置的N划分像素单元进行描述。
图15是其中布置三种滤色镜的本技术配置的N划分像素单元100d和103d以及一般配置的N划分像素单元101d和102d的一组的顶视图。
在本技术配置的N划分像素单元100d中，布置A滤色镜112d-UL、B滤色镜112d-UR和112d-DL、以及C滤色镜112d-DR。也就是说，在本技术配置的N划分像素单元100d中，A滤色镜、B滤色镜和C滤色镜以1：2：1的数量比布置。
类似地，在本技术配置的N划分像素单元103d中，布置A滤色镜117d-UL、B滤色镜117d-UR和117d-DL、以及C滤色镜117d-DR。也就是说，在本技术配置的N划分像素单元103d中，A滤色镜、B滤色镜和C滤色镜以1：2：1的数量比布置。C滤色镜是透射不同于A色和B色的波长带的C色波长带的光的滤色镜。
在一般配置的N划分像素单元101d中，布置蓝色滤色镜115d。在一般配置的N划分像素单元102d中，布置红色滤色镜116d。
在如上所述本技术配置的N划分像素单元100d和103d中，从光电二极管输出的光的光谱特性是如图16所示的A滤色镜、B滤色镜和C滤色镜的光谱特性的合成结果。
图16是示出从本技术配置的N划分像素单元100d和103d中的光电二极管输出的光的光谱特性的图。在图16中，垂直轴表示透射率，并且水平轴表示波长。
如图16所示，本技术配置的N划分像素单元100d和103d中布置的A滤色镜具有这样的特性，使得在波长550nm的范围内透射率最高，如实线所示。本技术配置的N划分像素单元100d和103d中布置的B滤色镜具有这样的特性，使得在波长510nm的范围内透射率最高，如虚线所示。本技术配置的N划分像素单元100d和103d中布置的C滤色镜具有这样的特性，使得在波长530nm的范围内透射率最高，如链线所示。
在该情况下，进入本技术配置的N划分像素单元100d和103d中布置的光电二极管的光的光谱特性是A滤色镜、B滤色镜和C滤色镜的特性的合成结果，即，图16中虚线指示的光谱输出G的特性。因此，在本技术配置的N划分像素单元100d和103d中，从光电二极管输出对应于光谱输出G的电平的电信号。
图15所示的滤色镜的布置还可能在本技术配置的单个像素单元中应用。在该情况下，在本技术配置的单个像素单元中，与图16相同，从光电二极管输出的光的光谱特性与光谱输出G的特性相同。因此，同样在本技术配置的单个像素单元中，从光电二极管输出对应于光谱输出G的电平的电信号。
如上所述，利用本技术配置的像素单元，通过改变布置的多个滤色镜的数量和类型，可以产生新的光谱特性。
本技术配置的像素单元中布置的多个滤色镜的组合不限于绿色滤色镜、红色滤色镜和蓝色滤色镜，而是可以组合透射任意波长带的光的滤色镜。例如，可以组合透射每个波长带的光的白色滤色镜。关于白色滤色镜，例如日本未审专利申请公开No.2009-296276教导了一种白色滤色镜。
本技术配置的像素单元可以布置有透射例如红外光或紫外光的滤色镜。参考图17，下面将关于本技术配置的N划分像素单元进行描述，其中布置透射红外光的滤色镜。
[布置有红外滤色镜的本技术配置的N划分像素单元]
图17图示布置有红外滤色镜的本技术配置的N划分像素单元的配置示例。
图17的上面的图是本技术配置的N划分像素单元250、252和253以及一般配置的N划分像素单元251的一组的顶视图。
在本技术配置的N划分像素单元250中，红色滤色镜用I滤色镜和J滤色镜替换。也就是说，在本技术配置的N划分像素单元250中，布置I滤色镜262-UL和262-DR以及J滤色镜262-UR和262-DL。四个滤色镜的每个提供有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
这里，参考图18，关于I滤色镜和J滤色镜的光谱特性进行描述。
图18是示出I滤色镜和J滤色镜的光谱特性的图。在图18中，垂直轴表示透射率，并且水平轴表示波长。
I滤色镜具有这样的特性，使得在波长600nm左右透射率最高，如实线所示。J滤色镜具有这样的特性，使得在波长800nm左右透射率最高，如虚线所示。如上所述，I滤色镜和J滤色镜是透射其中一般红外滤色镜透射光的波长带（大约700到1000nm）内的光的滤色镜。
参考图17，在一般配置的N划分像素单元251中，布置四个蓝色滤色镜265-UL、265-UR、265-DL和265-DR。四个蓝色滤色镜的每个提供有传送栅极210。在四个蓝色滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
在本技术配置的N划分像素单元252中，绿色滤色镜用A滤色镜和B滤色镜替换。在本技术配置的N划分像素单元252中，布置A滤色镜266-UL和266-DR以及B滤色镜266-UR和266-DL。四个滤色镜的每个提供有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
在本技术配置的N划分像素单元253中，布置J滤色镜267-UL和267-DR以及I滤色镜267-UR和267-DL。四个滤色镜的每个提供有传送栅极210。此外，在四个滤色镜的中心部分，布置共同FD部分211。
图17的示例示出其中红色滤色镜用I滤色镜和J滤色镜替换的N划分像素单元250和253、以及其中绿色滤色镜用A滤色镜和B滤色镜替换的N划分像素单元252。类似地，关于多个类型的像素单元，可以布置多个滤色镜。
图17的左下和右下的图是分别在本技术配置的N划分像素单元252和N划分像素单元253上沿L-L’线获取的截面图。
如图17的左下所示，每个对应于在本技术配置的N划分像素单元252中的A滤色镜266-UL和266-DR以及B滤色镜266-UR和266-DL接收的光量的不同电平的电信号，分别传送到传送栅极210，然后传送到共同FD部分211。所有电信号在共同FD部分211中相加，并且从其输出。
此外，如图17的右下所示，每个对应于在本技术配置的N划分像素单元253中的J滤色镜267-UL和267-DR以及I滤色镜267-UR和267-DL接收的光量的不同电平的电信号，分别传送到传送栅极210，然后传送到共同FD部分211。所有电信号在共同FD部分211中相加，并且从其输出。
类似地，在本技术配置的N划分像素250和一般配置的N划分像素251中，在共同FD部分211中，所有电信号相加并且得到的信号从其输出。
如上所述，在本技术配置的N划分像素250、252和253以及一般配置的N划分像素单元251中，来自光电二极管的所有电信号相加，然后从其输出。然而，如上所述，来自N个光电二极管的电信号的每个可以作为一个电信号分开地直接输出到下游的图像信号读取部分（例如下面将描述的图20所示的图像信号读取部分533）。
例如，来自其中布置透射红外光的两个不同的I滤色镜和J滤色镜的本技术配置的N划分像素单元250和253的光电二极管的电信号的每个，可以直接用于下游的图像处理部分中的信号处理。在该情况下，当来自单个光源（如白光源）的光进入本技术配置的N划分像素单元250和253的光电二极管时，两个不同输出可以从红外光范围获得。此外，在本技术配置的N划分像素单元250和253中，因为多个滤色镜包括在一个像素单元中，所以确保了分辨率。
因此，安装有配置为包括本技术配置的N划分像素单元250和253的图像传感器的成像装置，例如可应用于分析活体信息（如血红素）的医疗设备等。
[对医疗设备的应用]
图19图示活体信息获得***的配置示例，其中应用包括本技术配置的N划分像素单元构成的图像传感器的成像装置。
图19所示的活体信息获得***300是其中成像装置利用通过活体的光获得活体的图像以分析获得的图像的***。
活体信息获得***300照射光线到活体的一部分，例如***如图19所示的***部分313的手指320，该光线从提供给附接到底座311的支持部分312的发光部分314的单个光源发出。活体信息获得***300利用底座311的支持部分315支持的相机330，拍摄作为目标的手指320的图像。相机330包括透镜部分341、外壳342、以及图像处理部分343。活体信息获得***300在图像处理部分343中分析相机330拍摄的图像。
在相机330的外壳342中，安装由本技术配置的N划分像素单元构成的图像传感器。因此，即使在使用从发光部分314发射的单个光源的光拍摄目标的图像时，相机330能够输出在红外光范围内相互不同的两个不同图像信号。因此，通过使用这些输出分析活体信息，预期增加分析的精度。
例如，红外光范围内的输出值可以用于血液测试。也就是说，可以使用红外光范围内的输出值分析血液中血红素的氧化和还原。此时，使用红外光范围内两组不同波长的输出值。在已知的技术（例如，日本专利No.2932644）中，照射两组光以获得两个不同波长的输出值。然而，即使在使用单个颜色光时，本技术的技术也能够从像素单元获得两个或更多输出值。因此，本技术的技术可应用于血液分析等。
如上所述，本技术的技术能够产生利用滤色镜的材料的光谱特性难以获得的新的光谱特性。因此，在例如医疗或工业领域，即使在需要在人类可视范围内的光谱特性外的特殊光谱特性时，本技术配置的像素单元也能够优化地控制光谱特性以适于应用目的。此外，通过控制光谱特性，可以增强S/N比和颜色再现性。
此外，本技术的技术能够优化地设计适于应用目的的像素单元。因此，例如即使在由于像素单元的小型化而难以划分光电二极管时，通过使用参考图3、4和10等描述的本技术的技术，也可以设计适于应用目的的优化像素单元。此外，例如为了增加应用的自由度，通过设置增益和信号处理，通过使用参考图11或后面描述的本技术的技术，可以设计适于应用目的的优化像素单元。
此外，因为本技术的技术增加了自由度和光谱特性的可控性，所以可以容易地估计光源。也就是说，除了R像素、G像素和B像素的光谱特性外，本技术的技术能够产生可用于估计光源的新的光谱特性。相应地，可以容易地估计新的光源（如白色LED）。
[成像装置]
图20是示出这样的成像装置的配置示例的方块图，在该成像装置上安装配置为包括本技术配置的上述像素单元的图像传感器，即，对其应用本技术的成像装置。
如图20所示，成像装置500包括透镜部分511、图像传感器512、操作部分513、控制部分514、图像处理部分515、显示部分516、编解码处理部分517和记录部分518。
透镜部分511调整聚焦到目标，聚集来自聚焦位置的光，并且将光提供给图像传感器512。
图像传感器512配置为包括滤色镜部分531和像素部分532、以及图像信号读取部分533。
滤色镜部分531和像素部分532构成对其应用本技术的多个像素单元的一组。也就是说，从像素单元的观点来看，芯片上透镜和滤色镜构成滤色镜部分531的一部分。光电二极管构成像素部分532的一部分。换句话说，每个像素单元中包括的芯片上透镜和滤色镜的一组构成滤色镜部分531。每个像素单元中包括的光电二极管的一组构成像素部分532。
像素部分532接收通过透镜部分和滤色镜部分531进入的光，然后基于图像信号读取部分533的控制将该光转换为电信号，并且输出对应于光强度的电压信号（模拟信号）。
也就是说，图像信号读取部分533从像素部分532读取每个像素单元的模拟信号作为图像信号，并且执行A/D（模拟/数字）转换以获得数字图像信号，并且将其提供给图像处理部分515。这里，当一个像素单元包括多个小像素时，图像信号读取部分533在需要时，在A/D转换之前或之后，放大和/或相加来自每个小像素的像素信号，以产生像素单元的像素信号。
操作部分513配置为包括例如拨盘（JogDial）（商标）、键、按钮或触摸面板等。接收用户进行的操作输入，操作部分513将对应于操作输入的信号提供给控制部分514。
控制部分514基于对应于通过操作部分513由用户进行的操作输入的信号，控制透镜部分511、图像传感器512、图像处理部分515、显示部分516、编解码处理部分517和记录部分518。例如，控制部分514控制图像传感器512，以切换来自本技术配置的N划分像素单元中的N个光电二极管的每个的电信号的电平的输出方式。
图像处理部分515对从图像传感器512提供的图像信号执行信号处理或各种图像处理，如例如白平衡调整、解马赛克处理、矩阵处理、伽马校正和YC转换，并且将其提供给显示部分516和编解码处理部分517。
显示部分516配置为例如液晶显示器，并且基于来自图像处理部分515的图像信号显示对象的图像。
编解码处理部分517对来自图像处理部分515的图像信号执行预定编码处理，并且将作为编码处理的结果获得的图像数据提供给记录部分518。
记录部分518记录来自编解码处理部分517的图像数据。记录部分518中记录的图像数据在需要时由图像处理部分515读取，并且提供给显示部分516，并且显示对应的图像。
包括对其应用本技术的固态成像器件的成像装置的配置不限于上面，而是可以采用其他配置。
在上面描述中已经描述为一个设备（或处理部分）的配置可以配置为包括多个设备（或处理部分）。相反，在上面描述中已经描述为多个设备（或处理部分）的配置可以配置为集成设备（或处理部分）。不用说，每个设备（或处理部分）可以配置为包括不同于上面描述的那些的额外配置。当整体***的配置和操作基本相同时，设备（或处理部分）的配置的一部分可以包括在另一设备（或另一处理部分）的配置中。也就是说，本技术的实施例不限于上述实施例，而是在本技术精神的范围内可构思多种修改。
此外，本技术还可以配置如下。
（1）．一种图像传感器，包括：
像素单元，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
（2）．（1）所述的图像传感器，其中，
所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有相互不同的光谱特性。
（3）．根据（1）或（2）所述的图像传感器，其中，
所述像素单元输出对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
（4）．根据（1）到（3）的任一所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管包括布置在所述第一滤色镜下的第一光电二极管和布置在所述第二滤色镜下的第二光电二极管，以及
将从像素单元输出的、具有对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的各自光谱特性的电平的电信号相加。
（5）．根据（1）到（4）的任一所述的图像传感器，其中，
所述像素单元还包括共同浮置扩散，其将从所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个输出的电信号相加。
（6）．根据（1）到（5）的任一所述的图像传感器，其中，
从所述第一光电二极管和第二光电二极管输出的电信号的每个通过单独的预设增益放大。
（7）．根据（1）到（6）的任一所述的图像传感器，其中，
所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个单独地预设有电荷累积时间。
（8）．根据（1）到（7）的任一所述的图像传感器，其中，
所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有透射红外光的特性。
（9）．根据（1）到（8）的任一所述的图像传感器，其中，
所述像素单元包括
滤色镜组，其包括除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜，以及
芯片上透镜组，其包括除了所述第一芯片上透镜和第二芯片上透镜外的一个或多个芯片上透镜，所述一个或多个芯片上透镜布置在所述除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜上。
（10）．根据（1）到（9）的任一所述的图像传感器，其中，
所述像素单元输出对应于所述滤色镜组的各自的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
（11）．根据（1）到（10）的任一所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管由每个布置在所述滤色镜组下的光电二极管组构成，以及
将从像素单元输出的、每个具有对应于所述滤色镜组的光谱特性的电平的电信号相加。
（12）．根据（1）到（11）的任一所述的图像传感器，其中，
所述像素单元还包括共同浮置扩散，其将从所述光电二极管组输出的每个电信号相加。
（13）．根据（1）到（12）的任一所述的图像传感器，其中，
从所述光电二极管组输出的电信号的每个通过单独的预设增益放大。
（14）．根据（1）到（13）的任一所述的图像传感器，其中，
每个光电二极管组单独地预设有电荷累积时间。
（15）．根据（1）到（14）的任一所述的图像传感器，其中，
所述滤色镜组的每个具有透射红外光的特性。
（16）．根据（1）到（15）的任一所述的图像传感器，其中，
在所述光电二极管的上方形成波导。
（17）．根据（1）到（16）的任一所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管具有多个输出模式，其通过所述图像传感器的内部或外部控制可选择性地切换。
（18）．一种成像装置，安装有包括像素单元的图像传感器，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜。
（19）．一种活体成像装置，包括安装有包括像素单元的图像传感器的成像装置，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，
其中，所述成像装置获取作为目标的活体的图像。
本技术可应用于图像传感器或成像装置。
本技术包含与2011年8月25日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP2011-183303中所公开的内容相关的主题，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (18)

1.一种图像传感器，包括：
像素单元，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，
其中，所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有相互不同的光谱特性，以及
其中，从所述像素单元输出的电信号是所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的组合的结果。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述像素单元输出对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管包括布置在所述第一滤色镜下的第一光电二极管和布置在所述第二滤色镜下的第二光电二极管，以及
将从像素单元输出的、具有对应于所述第一滤色镜和第二滤色镜的各自光谱特性的电平的电信号相加。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，
所述像素单元还包括共同浮置扩散，其将从所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个输出的电信号相加。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，
从所述第一光电二极管和第二光电二极管输出的电信号的每个通过单独的预设增益放大。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，
所述第一光电二极管和第二光电二极管的每个单独地预设有电荷累积时间。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有透射红外光的特性。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述像素单元包括
滤色镜组，其包括除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜，以及
芯片上透镜组，其包括除了所述第一芯片上透镜和第二芯片上透镜外的一个或多个芯片上透镜，所述一个或多个芯片上透镜布置在所述除了所述第一滤色镜和第二滤色镜以外的一个或多个滤色镜上。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，
所述像素单元输出对应于所述滤色镜组的各自的光谱特性的合成结果的电平的电信号。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管由每个布置在所述滤色镜组下的光电二极管组构成，以及
将从像素单元输出的、每个具有对应于所述滤色镜组的光谱特性的电平的电信号相加。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，
所述像素单元还包括共同浮置扩散，其将从所述光电二极管组输出的每个电信号相加。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，
从所述光电二极管组输出的电信号的每个通过单独的预设增益放大。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，
每个光电二极管组单独地预设有电荷累积时间。
14.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，
所述滤色镜组的每个具有透射红外光的特性。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
在所述光电二极管的上方形成波导。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述光电二极管具有多个输出模式，其通过所述图像传感器的内部或外部控制可选择性地切换。
17.一种成像装置，安装有包括像素单元的图像传感器，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，
其中，所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有相互不同的光谱特性，以及
其中，从所述像素单元输出的电信号是所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的组合的结果。
18.一种活体成像装置，包括安装有包括像素单元的图像传感器的成像装置，
所述像素单元包括
光电二极管，
第一滤色镜和第二滤色镜，其每个布置在所述光电二极管上方的平面上的不同位置，以及
布置在所述第一滤色镜上的第一芯片上透镜和布置在所述第二滤色镜上的第二芯片上透镜，
其中，所述第一滤色镜和第二滤色镜的每个具有相互不同的光谱特性，
其中，从所述像素单元输出的电信号是所述第一滤色镜和第二滤色镜的光谱特性的组合的结果，以及
其中，所述成像装置获取作为目标的活体的图像。
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