KR20100056968A - 고체 촬상 장치 및 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

고체 촬상 장치는 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와, 대응하는 광전 변환 소자의 광 입사측에 마련된 칼라 필터부와, 상기 칼라 필터부의 광 입사측에 형성된 유기 광전 변환층을 포함한다. 상기 유기 광전 변환층은 근적외광을 흡수하는 색소를 포함한다.

Description

고체 촬상 장치 및 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE CAPTURE DEVICE AND IMAGE CAPTURE APPARATUS}
본 발명은, 고체 촬상 장치 및 촬상 장치에 관한 것이다.
통상, 고체 촬상 장치는 가시 파장 영역(개략 400㎚ 내지 700㎚)뿐만 아니라, 더욱 파장이 긴 근적외광까지 감도를 갖고 있기 때문에, 카메라 촬상용으로서 이용하는 경우에 부자연스러운 화상이 되어 버린다.
이것을 회피하기 위해, 통상, 카메라 렌즈측에 가시광보다도 파장이 긴 광을 컷트하는 필터(이하, IR 컷트 필터라고 한다)가 삽입되어 있다.
이 고체 촬상 장치의 감도 특성을 이용하여, 광량이 적은 상황에서는, IR 컷트 필터를 사용하지 않고, 가시광과 함께 근적외광도 이용함으로써, 밝은 화상을 생성하고 있다. 즉, 밝기에 따라 기계적으로 IR 컷트 필터가 삽입되어 있는 상태와 되어 있지 않은 상태를 만들어 내는 방식이 일반적으로 이용되고 있다(예를 들면, 일본 특허공개공보 제2000-59798호, 제2000-224469호, 제2004-337718호, 및 제2005-45559호 참조).
그러나, 전환 기구를 갖기 때문에 가동 부분도 기계 정밀도가 요구되고, 또한 카메라 시스템의 소형화가 곤란하고, 제조 비용을 내릴 수가 없는 요인으로 되고 있다.
IR 컷트 필터를 사용하지 않고, 광량이 많은 때, 적은 때에 관계 없이 가시광과 근적외광의 신호를 사용하여 화상을 생성하는 방식도 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개평6-169461호 참조). 그러나, 이 방식에서는 색 재현의 열화가 보여진다.
한편, 가시광의 신호와 근적외광의 신호를 독립하여 출력하는 기능을 갖는 고체 촬상 소자도 제안되어 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2002-142228호 및 제2006-190958호 참조). 이것을 이용함에 의해 IR 컷트 필터를 사용하는 일 없이 색 재현이 좋은 칼라 화상을 얻을 수 있다. 또한, 야간 등의 광량이 적은 때는 근적외광의 신호도 이용함에 의해 밝은 화상을 얻는 것이 가능하다.
그러나, 일본특허공개공보 제2002-142228호의 발명에서는, 4종류의 분광 특성을 갖는 2차원적으로 배치된 화소 어레이를 이용하고 있다. 그 때문에, 가시광의 신호와 근적외광의 신호를 독립하여 얻기 위해, 2차원적으로 배열된 화소 어레이상(上)에 배치하는 칼라 필터의 분광을 엄밀하게 규정할 필요가 있다. 또한, 매트릭스 연산 처리를 행할 필요가 있어서, 용이하게 실현할 수 있는 것이 아니다.
또한, 일본특허공개공보 제2002-142228호 및 제2006-190958호의 발명에서는, 가시광의 신호와 근적외광의 신호의 양쪽을 얻기 위해, 가시광에 감도를 갖는 화소에 더하여 근적외광에 감도를 갖는 화소를 배치하고 있다. 이때문에, 베이어 배열 등의 통상의 고체 촬상 소자의 칼라 필터 배열을 어지럽히게 되고, 화상으로서 휘도나 색의 해상도가 부족하여 버린다.
가시광에 감도를 갖는 화소에 더하여 근적외광에 감도를 갖는 화소를 배치하고 있기 때문에, 베이어 배열(Bayer arrangement) 등의 통상의 고체 촬상 소자의 칼라 필터 배열이 변경되어, 화상으로서 휘도나 색의 해상도가 부족하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은, 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일 없이, 가시광의 신호와 근적외광의 신호의 양쪽을 얻어서, 입사광량이 적은 상황 하에서 촬상을 가능하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시의 형태에 따르면, 고체 촬상 장치(제 1의 고체 촬상 장치)가 제공된다. 상기 고체 촬상 장치는: 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와; 대응하는 광전 변환 소자의 광 입사측에 마련된 칼라 필터부와; 상기 칼라 필터부의 광 입사측에 형성되며, 근적외광을 흡수하는 색소를 포함하는 유기 광전 변환층을 포함한다.
본 발명의 제 1 고체 촬상 장치에서는, 유기 광전 변환층에 의해 근적외광이 광전 변환되어 근적외광에 대응하는 신호 전하를 얻을 수 있다. 따라서, 야간과 같이 입사 광량이 적은 때에 있어서는, 광전 변환 소자로부터의 신호 전하에 더하여 유기 광전 변환층으로부터의 신호 전하도 이용할 수 있기 때문에, 고감도화된다. 또한, 주간과 같이 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 베이어 배열 등의 통상의 고체 촬상 소자의 칼라 필터부의 배열을 변경시키지 않으면서, 광전 변환 소자에 의해 예를 들면 통상의 적색광, 녹색광, 청색광의 신호 전하를 얻을 수 있다. 또는 보색광(補色光)의 신호 전하를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시의 형태에 따르면, 고체 촬상 장치(제 2의 고체 촬상 장치)가 제공된다. 상기 고체 촬상 장치는: 근적외광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와; 상기 광전 변환 소자에 입사하는 입사광의 입사측에 마련되며 적색광, 녹색광, 청색광의 3원색을 흡수하는 유기 광전 변환층을 포함한다.
본 발명의 제 2 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환 소자에 의해 근적외광이 광전 변환되어 근적외광에 대응하는 신호 전하를 얻을 수 있다. 따라서, 야간과 같이 입사 광량이 적은 때에 있어서는, 유기 광전 변환층으로부터의 신호 전하에 더하여 광전 변환 소자로부터의 신호 전하도 이용할 수 있기 때문에, 고감도화된다. 또한, 주간과 같이 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 유기 광전 변환층에 의해 예를 들면 통상의 적색광, 녹색광, 청색광의 신호 전하를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시의 형태에 따르면, 촬상 장치가 제공된다. 상기 촬상 장치는: 입사광을 집광하는 결상 광학부와; 상기 결상 광학부에서 집광한 광을 수광하고 수광된 광을 광전 변환하여 광전 변환된 신호를 제공하는 고체 촬상 장치와; 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리기를 포함한다. 상기 신호 처리기는, 입사 광량이 큰 때는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광의 신호를 기초로 신호 처리를 수행하여 칼라 화상 신호를 출력하고, 입사 광량이 적은 때는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외광의 혼 합광을 신호 처리하여 흑백 화상 신호를 출력한다.
본 발명의 촬상 장치에서는, 가시광의 신호와 근적외광의 신호를 독립하여 출력한다. 게다가, 주간과 같이 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광의 신호를 기초로 신호 처리를 한 칼라 화상 신호를 출력하기 때문에, 색 재현, 색 해상도를 열화시키지 않는다. 또한, 야간과 같이 입사 광량이 적은 때에 있어서는, 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외 영역의 파장의 신호를 혼합하여 신호 처리를 한 흑백 화상 신호를 출력하기 때문에, 고감도의 출력 신호를 얻을 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, IR 컷트 필터를 이용하지 않으면서, 또한, 통상의 고체 촬상 소자의 칼라 필터부의 배열을 변경하지 않으면서, 고감도의 출력 신호를 얻을 수 있기 때문에, 입사 광량이 큰 때에 있어서 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일이 없고, 입사 광량이 적은 때에 있어서도 촬상이 가능해진다.
본 발명의 촬상 장치는, 입사 광량이 적은 때에 있어서, 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외광의 신호를 혼합하여 신호 처리를 한 흑백 화상 신호를 출력하기 때문에, 고감도화되어, 야간의 촬영이 용이해진다. 또한, 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일 없이, 칼라 화상을 촬영할 수 있다.
이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관 해 설명한다.
1. 제 1의 실시의 형태(제 1 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 1 예, 제 1 고체 촬상 장치의 변형예).
2. 제 2의 실시의 형태(제 1 고체 촬상 장치의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예)
3. 제 3의 실시의 형태(제 2 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 2 예).
4. 제 4의 실시의 형태(제 2 고체 촬상 장치의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예)
5. 제 5의 실시의 형태(촬상 장치의 기본 구성의 한 예).
<1. 제 1의 실시의 형태>
[제 1 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 1 예]
본 발명의 제 1 실시의 형태에 관한 제 1 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 1 예를, 도 1의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에, 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자(12)(12R, 12G, 12B)가 형성되어 있다. 각 광전 변환 소자(12)는, 예를 들면 포토 다이오드로 구성되어 있다. 상기 반도체 기판(11)으로는, 예를 들면 실리콘 기판이 사용되고 있다. 또는, SOI 기판이나, SOI 기판의 실리콘층상에 실리콘 에피택셜 성장층을 형성한 기판이 사용되고 있다.
상기 각 광전 변환 소자(12)의 각각의 광 입사측에는, 칼라 필터부(13)가 형성되어 있다.
예를 들면, 광전 변환 소자(12)(12R)에는, 적색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(적색 칼라 필터부(13R))가 형성되어 있다. 또한, 광전 변환 소자(12)(녹색 칼라 필터부(12G))에는, 녹색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(녹색 칼라 필터부(13G))가 형성되어 있다. 또한, 광전 변환 소자(12)(12B)에는, 청색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(청색 칼라 필터부(13B))가 형성되어 있다.
상기 각 칼라 필터부(13)의 상기 광 입사측에는, 근적외광을 흡수하는 색소를 사용한 유기 광전 변환층(14)이 형성되어 있다. 상기 근적외광이란, 파장이 예를 들면 770㎚보다도 길고 2.5㎛ 이하의 광을 말한다.
상기 유기 광전 변환층(14)에 이용하는 근적외광을 흡수하는 색소는, 예를 들면, 퀴노이드계 금속 착체 색소, 시아닌계 색소, 임모늄계 색소, 디임모늄계 색소, 트리알릴메탄계 색소, 나프토퀴논계 색소, 안트라퀴논계 색소, 스쿠아릴륨계 색소, 프탈로시아닌계 색소, 나프탈로시아닌계 색소, 안트라퀴논계 색소, 니켈-디티올 착체계 색소 등을, 필요한 분광 특성이나 출력 감도 특성에 응하여 이용할 수 있다.
제 1 고체 촬상 장치(1)는 상기와 같이 구성되어 있다.
[제 1 고체 촬상 장치의 변형예]
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 칼라 필터부(13)와 상기 유기 광전 변환층(14) 사이에, 상기 근적외광의 파장보다도 긴 파장의 광을 흡수하는 광전 변환층(15)이 형성되어 있어도 좋다.
일반적으로, 실리콘 기판은 근적외광을 흡수하고, 또한 칼라 필터는 근적외 광을 흡수하는 것이 매우 적다.
다음에, 일반적인 고체 촬상 장치의 분광 감도 특성의 한 예를 도 3에 의해 설명한다. 도 3은, 종축에 분광 상대 감도를 나타내고, 횡축에 파장을 나타낸다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 20% 이상으로 감도를 갖는 파장 영역은 이하와 같이 되어 있다.
적색 칼라 필터부를 갖는 고체 촬상 소자는, 570㎚ 내지 870㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도 3의 분광 감도 곡선(R))를 갖고 있다.
녹색 칼라 필터부를 갖는 고체 촬상 소자는, 460㎚ 내지 600㎚ 정도의 파장 영역의 광과 750㎚ 내지 860㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도 3의 분광 감도 곡선(G))를 갖고 있다.
청색 칼라 필터부를 갖는 고체 촬상 소자는, 380㎚ 내지 520㎚ 정도의 파장 영역의 광과 790㎚ 내지 880㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도 3의 분광 감도 곡선(B))를 갖고 있다.
통상의 고체 찰상 장치는 근적외광에도 감도를 갖고 있다.
이와 같이, 종래의 각 칼라 필터부를 갖는 고체 촬상 소자는, 근적외광에도 분광 감도를 갖고 있다.
이때문에, 종래의 칼라 필터부를 이용한 고체 촬상 장치를 카메라 촬상용의 고체 촬상 장치로서 이용하는 경우, 부자연스러운 화상이 되어 버린다.
그래서, IR 컷트 필터를 칼라 필터의 입사광측에 삽입함으로써, 각 칼라 필터부에 입사하는 입사광으로부터 근적외광을 컷트하고 있다.
다음에, 상기 제 1 고체 촬상 장치(1)에서의 각 칼라 필터부(13)를 마련한 고체 촬상 소자(12)의 분광 상대 감도 특성의 한 예를 도 4에 의해 설명한다. 도 4는, 종축에 분광 상대 감도를 나타내고, 횡축에 파장을 나타낸다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자는, 예를 들면, 다음의 파장 범위 내에서 20% 이상의 감도를 나타낸다.
적색 칼라 필터부(13R)를 갖는 고체 촬상 소자(12)(12R)는, 570㎚ 내지 660㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(R))를 갖고 있다.
녹색 칼라 필터부(13G)를 갖는 고체 촬상 소자(12)(12G)는, 460㎚ 내지 600㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(G))를 갖고 있다.
청색 칼라 필터부(13B)를 갖는 고체 촬상 소자(12)(12B)는, 380㎚ 내지 520㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(B))를 갖고 있다.
또한, 상기 근적외광을 흡수하는 색소를 사용한 유기 광전 변환층(14)은, 680㎚ 내지 860㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(I))를 갖고 있다.
따라서 유기 광전 변환층(14)은 680㎚ 내지 860㎚ 정도의 파장 영역의 광을 흡수하고, 그것보다도 짧은 파장의 광은 투과한다.
이때문에, 칼라 필터부(13)에는, 가시광 이하의 파장의 광이 입사되게 된다.
따라서, 각 광전 변환 소자(12)에는, 각 칼라 필터(13)에 의해 분광된 가시광이 도달하게 되고, 각 칼라 필터(13)에 대응하는 광전 변환 소자(12)로부터는, 상기 도 4의 실선으로 도시한 바와 같은 가시광의 분광 감도의 출력을 얻을 수 있 다.
한편, 제 1 고체 촬상 장치(1)에서의 각 칼라 필터부(13)를 갖는 고체 촬상 소자(12)는, 그 분광 감도 특성이 근적외광에 감도를 나타내고 있지 않다. 그 이유는, 상기 유기 광전 변환층(14)에서 근적외역의 파장의 광이 흡수되어 있기 때문이다.
따라서 칼라 필터부(13)에는, 근적외 영역의 광이 입사되지 않는다.
또한, 상기 설명한 바와 같이, 유기 광전 변환층(14)은 680㎚ 내지 860㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도를 갖는다.
따라서, 상기 각 광전 변환 소자(12)에서는 가시광의 신호를 출력하고, 상기 유기 광전 변환층(14)에서는 근적외광의 신호를 출력할 수 있다.
요컨대, 상기 제 1 고체 촬상 장치(1)는, 가시광의 파장 영역의 신호와 근적외광의 파장 영역의 신호를 독립하여 출력하는 기능을 갖고 있다.
또한, 광전 변환층(15)이 형성되어 있는 구성에서는, 유기 광전 변환층(14)에서 흡수할 수가 없는 적외광(예를 들면 파장이 2.5㎛ 이상 10㎛ 이하 정도의 광)을, 광전 변환층(15)이 흡수한다.
이때문에, 칼라 필터부(13)에 적외광이 입사되지 않게 된다.
따라서, 예를 들어 칼라 필터부(13)가 적외광에도 감도를 갖고 있다고 하여도, 적외광이 입사되지 않기 때문에, 광전 변환 소자(12)에서는, 적외광에 감도를 나타내지 않는다.
상기 제 1 고체 촬상 장치(1)에서는, 한 예로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 의 원색 타입의 칼라 필터를 사용하여 설명하였지만, 칼라 필터로서는, 마젠타(Mg), 시안(Cy), 옐로(Ye), 그린(G)의 보색 타입이나 기타 조합의 칼라 필터를 이용하고 있어도 상관없다.
또한, 상기 도 1은, 도시의 편의상 광전 변환부(포토 다이오드) 밖에 나타내고 있지 않다. 그러나, 이 광전 변환부(포토 다이오드)에서 광전 변환된 신호 전하를 판독하는 방법으로서는, CCD 이미지 센서와 같은 전하 전송 방식, CMOS 이미지 센서와 같은 각 화소에 판독 게이트를 구비하는 방식과 같이, 어떤 방식이든지 사용될 수 있다.
<2.제 2의 실시의 형태>
[제 1 고체 촬상 장치(1)의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예]
다음에, 상기 제 1 고체 촬상 장치(1)의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예를, 도 5의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에, 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자(12)(12R, 12G, 12B)가 형성되어 있다. 각 광전 변환 소자(12)는, 예를 들면 포토 다이오드로 구성되어 있다. 상기 반도체 기판(11)으로는, 예를 들면 실리콘 기판이 사용되고 있다. 또는, SOI 기판이나, SOI 기판의 실리콘층상에 실리콘 에피택셜 성장층을 형성한 기판이 사용되고 있다.
상기 반도체 기판(11)에는, 각 광전 변환 소자(12)에 의해 광전 변환된 신호 전하를 판독하기 위한 전송 게이트(31)가 형성되어 있다. 이 전송 게이트(31)는, 상세를 도시하고 있지 않지만, 예를 들면 게이트 절연막상에 게이트 전극이 형성되 어 있다. 또한, 상기 반도체 기판(11)에는, 도시는 하고 있지 않지만, 상기 전송 게이트(31)에 플로팅 디퓨전을 통하여, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터 등의 화소 트랜지스터 및 주변 회로가 형성되어 있다.
또한, 상기 반도체 기판(11)상에는, 상기 화소 트랜지스터나 주변 회로를 피복하는 다층 배선부(41)가 형성되어 있다. 이 다층 배선부(41)는, 절연막(42)중에, 복수층(도면에서는 한 예로서 2층)에 형성된 배선(43)이 형성된 것이다, 배선의 층 수는 2층으로 한정되지 않고, 3층, 4층 또는 그 이상이라도 좋다.
상기 다층 배선부(41)의 절연막(42)상에는, 칼라 필터부(13)가 형성되어 있다.
예를 들면, 광전 변환 소자(12)(12R)에는, 적색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(적색 칼라 필터부(13R))가 형성되어 있다. 또한, 광전 변환 소자(12)(녹색 칼라 필터부(12G))에는, 녹색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(녹색 칼라 필터부(13G))가 형성되어 있다. 또한, 광전 변환 소자(12)(12B)에는, 청색광을 흡수하는 칼라 필터부(13)(청색 칼라 필터부(13B))가 형성되어 있다.
각 칼라 필터(13)에는, 각각에, 그 상면에 투명 전극(16)이 형성되어 있다. 각 투명 전극(16)은, 각각에 신호 판독의 콘택트부(44)를 통하여 상기 배선(43)중의 신호 판독 배선(43r)에 접속되어 있다.
즉, 적색(R)의 칼라 필터부(13R)상에 투명 전극(16)(16R)이 형성되어 있고, 이 투명 전극(16R)은 콘택트부(44)(44R)를 통하여 신호 판독 배선(43r)(43rR)에 접속하고 있다.
녹색(R)의 칼라 필터부(13G)상에 투명 전극(16)(16G)이 형성되어 있고, 이 투명 전극(16G)은 콘택트부(44)(44G)를 통하여 신호 판독 배선(43R)(43rG)에 접속하고 있다.
청색(B)의 칼라 필터부(13B)상에 투명 전극(16)(16B)이 형성되어 있고, 이 투명 전극(16B)은 콘택트부(44)(44B)를 통하여 신호 판독 배선(43r)(43rB)에 접속하고 있다.
또한, 상기 투명 전극(16)은, 예를 들면 인듐 주석 산화막(ITO), 인듐 아연 산화막, 산화 아연 등의 가시광 및 근적외광을 투과하는 투명 전극으로 형성된다.
상기 각 칼라 필터부(13)의 광 입사측에는, 근적외광에 흡수를 갖는 색소를 사용한 유기 광전 변환층(14)이 형성되어 있다. 상기 근적외광이란, 파장이 예를 들면 770㎚보다도 길고 2.5㎛ 이하의 광을 말한다.
상기 유기 광전 변환층(14)에 사용하는 근적외광을 흡수한 색소는, 예를 들면, 퀴노이드계 금속 착체 색소, 시아닌계 색소, 임모늄계 색소, 디임모늄계 색소, 트리알릴메탄계 색소, 나프토퀴논계 색소, 안트라퀴논계 색소, 스쿠아릴륨계 색소, 프탈로시아닌계 색소, 나프탈로시아닌계 색소, 안트라퀴논계 색소, 니켈-디티올 착체계 색소 등을, 필요한 분광 특성이나 출력 감도 특성에 응하여 사용할 수 있다.
상기 유기 광전 변환층(14)에는, 그 상면에 투명 전극(17)이 형성되어 있다.
또한, 상기 투명 전극(17)은, 예를 들면 인듐 주석 산화막(ITO), 인듐 아연 산화막, 산화 아연 등의 가시광 및 근적외광을 투과하는 투명 전극으로 형성된다.
제 1 고체 촬상 장치(1)는 상기와 같이 구성되어 있다.
상기 제 1 고체 촬상 장치(1)에서는, 유기 광전 변환층(14)에 의해 근적외광이 광전 변환되어 근적외광에 대응하는 신호 전하를 얻을 수 있다. 따라서, 야간과 같이 입사 광량이 적은 때에 있어서는, 광전 변환 소자(12)로부터의 신호 전하에 더하여 유기 광전 변환층(14)으로부터의 신호 전하도 이용할 수 있기 때문에, 고감도화된다. 또한, 주간과 같이 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 베이어 배열 등의 통상의 고체 촬상 소자(12)의 칼라 필터부(13)의 배열을 변경하지 않으면서, 광전 변환 소자(12)에 의해 예를 들면 통상의 적색광, 녹색광, 청색광의 신호 전하를 얻을 수 있다. 또는 보색광의 신호 전하를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 제 1 고체 촬상 장치(1)는, IR 컷트 필터를 이용하지 않으면서, 또한, 통상의 고체 촬상 소자(12)의 칼라 필터부(13)의 배열을 변경하지 않으면서, 고감도의 출력 신호를 얻을 수 있기 때문에, 입사 광량이 큰 경우에 있어서 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일이 없고, 입사 광량이 적은 경우에 있어서도 촬상이 가능해진다.
<3. 제 3의 실시의 형태>
[제 2 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 2 예]
본 발명의 제 2 실시의 형태에 관한 제 2 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 2 예를, 도 6의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에, 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자(12)가 형성되어 있다. 각 광전 변환 소자(12)는, 근적외광을 흡수하고, 그 광전 변환된 신호 전하를 출력한다, 예를 들면 포토 다이 오드로 구성되어 있다. 상기 근적외광이란, 파장이 예를 들면 770㎚보다도 길고 2.5㎛ 이하의 광을 말한다.
상기 반도체 기판(11)으로는, 예를 들면 실리콘 기판이 사용되고 있다. 또는, SOI 기판이나, SOI 기판의 실리콘 층상에 실리콘 에피택셜 성장층을 형성한 기판이 사용되고 있다.
상기 각 광전 변환 소자(12)에 입사하는 입사광의 입사측에는, 유기 광전 변환층(14)이 형성되어 있다.
예를 들면, 각 광전 변환 소자(12)상에는, 적색광을 흡수한 유기 광전 변환층(14)(적색 유기 광전 변환층(14R))이 형성되어 있다. 그 뤼에 청색광을 흡수한 유기 광전 변환층(14)(청색 유기 광전 변환층(14B))이 형성되어 있고, 또한 녹색광을 흡수한 유기 광전 변환층(14)(녹색 유기 광전 변환층(14G))이 형성되어 있다. 그리고 상기 각 유기 광전 변환층(14)으로부터, 각각의 색의 출력을 얻을 수 있다.
제 2 고체 촬상 장치(2)는 상기와 같이 구성되어 있다.
일반적인 고체 촬상 소자의 분광 감도 특성의 한 예를 도 7에 의해 설명한다. 도 7은, 종축에 분광 상대 감도를 나타내고, 횡축에 파장을 나타낸다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 20% 이상으로 감도를 갖는 파장 영역은 이하와 같이 되어 있다.
일반적인 고체 촬상 소자는, 가시광의 파장부터 근적외광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(C))를 갖고 있다.
이때문에, 종래의 칼라 필터부를 이용한 고체 촬상 장치를 카메라 촬상용의 고체 촬상 장치로서 이용하는 경우, 부자연스러운 화상이 되어 버린다.
그래서, IR 컷트 필터를 칼라 필터의 입사광측에 삽입함으로써, 각 칼라 필터부에 입사한 입사광으로부터 근적외광을 컷트하고 있다.
다음에, 상기 제 2 고체 촬상 장치(2)에서의 각 유기 광전 변환층(14) 및 고체 촬상 소자(12)의 분광 감도 특성의 한 예를 도 8에 의해 설명한다. 도 8은, 종축에 분광 상대 감도를 나타내고, 횡축에 파장을 나타낸다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 20% 이상으로 감도를 갖는 파장 영역은 이하와 같이 되어 있다.
적색 유기 광전 변환층(14R)은, 575㎚ 내지 655㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(R))를 갖고 있다.
녹색 유기 광전 변환층(14G)은, 485㎚ 내지 595㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(G))를 갖고 있다.
청색 유기 광전 변환층(14B)은, 415㎚ 내지 520㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(B))를 갖고 있다.
또한, 상기 근적외광을 흡수하는 색소를 사용한 고체 촬상 소자(12)는, 660㎚ 내지 820㎚ 정도의 파장 영역의 광에 감도(도면중의 분광 감도 곡선(I))를 갖고 있다.
따라서 유기 광전 변환층(14)은 315㎚ 내지 655㎚ 정도의 파장 영역의 광을 흡수하고, 근적외광에 감도를 나타내고 있지 않다. 따라서 유기 광전 변환층(14)은, 근적외 영역의 광이 투과되기 때문에, 근적외광은 고체 촬상 소자(12)에 입사 되고, 흡수된다.
따라서, 각 유기 광전 변환층(14)에는, 가시광이 분광되어 흡수되고, 출력되게 되고, 각 광전 변환 소자(12)로부터는, 상기 도 8의 분광 감도 곡선(I)으로 도시한 바와 같은 근적외광의 분광 감도의 출력을 얻을 수 있다.
요컨대, 상기 제 2 고체 촬상 장치(2)는, 가시광의 파장 영역의 신호와 근적외광의 파장 영역의 신호를 독립하여 출력하는 기능을 갖고 있다.
상기 제 2 고체 촬상 장치(2)에서는, 한 예로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 원색 타입의 유기 광전 변환층을 사용하여 설명하였지만, 유기 광전 변환층으로서는, 마젠타(Mg), 시안(Cy), 옐로(Ye), 그린(G)의 보색 타입이나 기타 조합의 유기 광전 변환층을 이용하고 있어도 상관없다.
또한, 상기 도 6은, 편의상 광전 변환부(포토 다이오드) 밖에 도시하고 있지 않다. 그러나, 이 광전 변환부(포토 다이오드)에서 광전 변환된 신호 전하를 판독하는 방법으로서는, CCD 이미지 센서와 같은 전하 전송 방식, CMOS 이미지 센서와 같은 각 화소에 판독 게이트를 구비하는 방식과 같이, 어떤 방식이든지 사용될 수 있다.
<4. 제 4의 실시의 형태>
[제 2 고체 촬상 장치(2)의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예]
다음에, 상기 제 2 고체 촬상 장치(2)의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예를, 도 9의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에, 입사광을 광전 변환하여 신 호 전하를 얻는 광전 변환 소자(12)가 형성되어 있다. 각 광전 변환 소자(12)는, 근적외광을 흡수하고, 그 광전 변환된 신호 전하를 출력한다, 예를 들면 포토 다이오드로 구성되어 있다. 상기 근적외광이란, 파장이 예를 들면 770㎚보다도 길고 2.5㎛ 이하의 광을 말한다.
상기 반도체 기판(11)으로는, 예를 들면 실리콘 기판이 사용되고 있다. 또는, SOI 기판이나, SOI 기판의 실리콘 층상에 실리콘 에피택셜 성장층을 형성한 기판이 사용되고 있다.
상기 반도체 기판(11)에는, 각 광전 변환 소자(12)에 의해 광전 변환된 신호 전하를 판독하기 위한 전송 게이트(21)가 형성되어 있다.
또한, 상기 반도체 기판(11)상에는, 상기 화소 트랜지스터나 주변 회로를 피복하는 다층 배선부(41)가 형성되어 있다. 이 다층 배선부(41)는, 절연막(42)중에, 복수층(도면에서는 한 예로서 4층)으로 형성된 배선(43)이 형성된 것이다, 배선의 층 수는 2층으로 한정되지 않고, 3층, 4층 또는 그 이상이라도 좋다.
상기 다층 배선부(41)의 절연막(42)상에는, 상기 각 광전 변환 소자(12)에 대응하여 적색 판독용 투명 전극(21)이 형성되어 있다. 이 적색 판독용 투명 전극(21)을 통하여, 적색광을 흡수하는 유기 광전 변환층(14)(적색 유기 광전 변환층(14R))이 형성되고, 이 적색 유기 광전 변환층(14R)상에는 투명 전극(22)이 형성되어 있다. 또한 투명 전극(22)상에는, 절연막(51)이 형성되어 있다.
상기한 절연막(51)상에는, 상기 각 광전 변환 소자(12)에 대응하여 청색 판독용 투명 전극(23)이 형성되어 있다. 이 청색 판독용 투명 전극(23)을 통하여, 청 색광을 흡수하는 유기 광전 변환층(14)(청색 유기 광전 변환층(14B))이 형성되고, 이 청색 유기 광전 변환층(14B)상에는 투명 전극(24)이 형성되어 있다. 또한 투명 전극(24)상에는, 절연막(52)이 형성되어 있다.
상기한 절연막(52)상에는, 상기 각 광전 변환 소자(12)에 대응하여 녹색 판독용 투명 전극(25)이 형성되어 있다. 이 녹색 판독용 투명 전극(25)을 통하여, 녹색광을 흡수하는 유기 광전 변환층(14)(녹색 유기 광전 변환층(14G))이 형성되고, 이 녹색 유기 광전 변환층(14G)상에는 투명 전극(26)이 형성되어 있다.
상기 적색 판독용 투명 전극(21)은 콘택트부(53)를 통하여 예를 들면 2층째의 배선(43)(신호 판독 배선(43R))에 접속되어 있다. 또한 청색 판독용 투명 전극(23)은 콘택트부(54)를 통하여 예를 들면 3층째의 배선(43)(신호 판독 배선(43B))에 접속되어 있다. 또한 녹색 판독용 투명 전극(25)에는 콘택트부(55)를 통하여 예를 들면 4층째의 배선(43)(신호 판독 배선(43G))에 접속되어 있다.
또한 상기 이외의 배선은 1층의 배선(43A)을 더 포함한다.
또한, 상기 각 투명 전극(21 내지 26)은, 예를 들면 인듐 주석 산화막(ITO), 인듐 아연 산화막, 산화 아연 등의 가시광 및 근적외광을 투과하는 투명 전극으로 형성된다.
제 2 고체 촬상 장치(2)는 상기와 같이 구성되어 있다.
상기 제 2 고체 촬상 장치(2)에서는, 각 광전 변환 소자(12)에 의해 근적외광이 광전 변환되어 근적외광에 대응하는 신호 전하를 얻을 수 있다. 따라서, 야간과 같이 입사 광량이 적은 때에 있어서는, 유기 광전 변환층(14)으로부터의 신호 전하에 더하여 광전 변환 소자(12)로부터의 신호 전하도 이용할 수 있기 때문에, 고감도화된다. 또한, 주간과 같이 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 유기 광전 변환층(14)에 의해 예를 들면 통상의 적색광, 녹색광, 청색광의 신호 전하를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 제 2 고체 촬상 장치(2)는, IR 컷트 필터를 이용하지 않으면서, 또한, 유기 광전 변환층(14)의 배열을 변경하지 않으면서, 고감도의 출력 신호를 얻을 수 있기 때문에, 입사 광량이 큰 때에 있어서 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일이 없고, 입사 광량이 적은 때에 있어서도 촬상이 가능해진다.
<5. 제 5의 실시의 형태>
[촬상 장치의 기본 구성의 한 예]
다음에, 본 발명의 제 5 실시의 형태에 관한 촬상 장치의 구성의 한 예를, 도 10의 블록도에 의해 설명한다. 이 촬상 장치로는, 예를 들면, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화의 카메라 등이 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(100)는 촬상부(101), 결상 광학부(102), 신호 처리기(103)를 포함한다. 촬상부(101)는 고체 촬상 장치(도시 생략)를 구비하고 있다. 이 촬상부(101)의 집광측에는 상을 결항하는 결상 광학부(102)가 마련된다. 또한, 신호 처리기(103)는 촬상부(101)에 접속되고, 구동 회로, 신호 처리 회로, 등을 구비한다. 구동 회로는 촬상부(101)를 구동하고 신호 처리 회로는 고체 촬상 장치에서 광전 변환된 신호를 처리하여 화상 신호를 생성한다. 신호 처리기(103)에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(도시 생략)에 의해 기억시킬 수 있다.
상기 신호 처리기(103)는, 입사 광량이 큰 때에, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광의 신호를 기초로 신호 처리를 한 칼라 화상 신호를 출력한다. 또한, 입사 광량이 적은 때에는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외광의 신호를 혼합하여 신호 처리를 한 흑백 화상 신호를 출력한다.
이와 같은 촬상 장치(100)에 있어서, 상기 고체 촬상 장치로는, 상기 설명한 제 1 고체 촬상 장치(1) 또는 제 2 고체 촬상 장치(2)를 이용할 수 있다.
다음에, 상기 제 1 고체 촬상 장치(1)를 이용한 경우에 관해 구체적으로 설명한다.
주간 등 광량이 충분한 경우는, 각 광전 변환 소자(12)(상기 도 1, 도 5 참조)로부터 출력되는 가시광의 신호를 사용하여 처리함에 의해, 통상의 칼라 화상 신호를 출력할 수 있다. 이때, 색 재현을 열화시키는 근적외광은 유기 광전 변환층(14)(상기 도 1, 도 5 참조)에 의해 흡수되기 때문에, 일반적으로 사용되는 IR 컷트 필터는 필요 없다. 따라서 촬상 장치(100)를 소형화하는 것이 가능해진다.
한편, 야간 등 광량이 적은 경우는, 각 광전 변환 소자(12)(상기 도 1, 도 5 참조)로부터의 가시광의 신호에 더하여, 유기 광전 변환층(14)(상기 도 1, 도 5 참조)으로부터 출력되는 근적외광의 신호를 합쳐서 이용함에 의해, 보다 밝은 화상 신호를 생성할 수 있다. 이때, 근적외광의 신호는, 각 광전 변환 소자(12)에 대응하는 전 영역에서 출력할 수 있기 때문에, 주간의 화상에 대해 해상도는 열화되지 않는다. 또한, 광량이 적은 장면에서는, 색정보가 적어지기 때문에, 흑백 화상 처리를 함에 의해 2차원적으로 칼라 필터를 배열한 고체 촬상 소자의 칼라 화상 생성에 필요한 디모자이크 처리를 없앨 수가 있고, 거짓(僞) 신호의 발생(앨리어싱)을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 광량이 적은 곳에서의 촬상시에는, 광전 변환 소자(12)로부터의 출력 신호에 대해, 상대적으로 입사 광량이 적은 때 노이즈가 증가하기 때문에, 유기 광전 변환층(14)으로부터의 근적외광의 신호만을 사용하여, 흑백 화상을 생성하는 것도 가능하다.
주위의 밝기를 검지하는 시스템과 조합시킴에 의해, 근적외광의 신호를 이용한 화상 생성으로의 전환을 자동화할 수 있다. 이것은, 예를 들면 주위의 밝기를 검지하는 센서, 가시광의 신호량을 감시하는 회로를 추가하여, 신호 처리 회로에의 피드백을 행함에 의해 실현할 수 있다.
이들의 가시광의 신호와 근적외광의 신호의 사용은 전기적으로 전환할 수 있고, 기계적인 기구를 조립할 필요가 없기 때문에, 소형이며 비용이 싼 주야 겸용 카메라를 제작하는 것이 가능하다.
[신호 처리의 한 예]
예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 1 고체 촬상 장치(1)에 의해 광전 변환된 신호 전하, 예를 들면 RAW 데이터는, 디모자이크 처리 블록(210)에서 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호로 분리된다. 그리고, 그들의 신호를 기초로 크로마 신호 생성 처리 블록(220)에서 크로마 신호를 생성하고, 또한 휘 도 신호 생성 블록(230)에서 휘도 신호를 생성한다. 각각에 생성된 크로마 신호와 휘도 신호에 의해 화상 생성 블록(240)에서 화상을 생성한다.
또한, 주위의 밝기를 검지하는 센서(250)가 구비되어 있다. 이 센서(250)에서 검출한 주위의 밝기, 또는 상기 센서(250)에서 검출한 주위의 밝기에 상기 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호의 각 신호량을 가한 밝기로, 신호량 비교 처리 블록(260)에서, 근적외광을 사용하는지의 여부를 판단한다.
그리고, 근적외광을 사용하는 경우에는, 스위치(270)를 ON 상태로 하고, 근적외광 신호를 상기 휘도 생성 처리 블록(230)에 보낸다. 이 경우, 휘도 생성 처리 블록(230)에서는, 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호에 근적외광 신호를 가하여, 휘도 신호가 생성된다.
한편, 근적외광을 사용하지 않는 경우에는, 스위치(270)를 OFF 상태로 하여, 근적외광 신호를 상기 휘도 생성 처리 블록(230)에 보내지 않는다. 이 경우, 휘도 생성 처리 블록(230)에서는, 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호만으로 휘도 신호가 생성된다.
또한, 근적외광만을 사용하여 화상을 생성하는 경우에는, 신호량 비교 처리 블록(260)에서, 스위치(280)를 OFF 상태로 하여, 화상 생성 블록(240)에서 휘도 신호만으로 화상을 생성한다.
다음에, 상기 제 2 고체 촬상 장치(2)를 이용한 경우에 관해 구체적으로 설명한다.
주간 등 광량이 충분한 경우는, 유기 광전 변환층(14R, 14G, 14B)(상기 도 6, 도 9 참조)으로부터 출력되는 가시광의 신호를 사용하여 처리함에 의해, 통상의 칼라 화상 신호를 출력할 수 있다. 이때, 유기 광전 변환층(14R, 14G, 14B)은 색 재현을 열화시키는 근적외광을 흡수하지 않기 때문에, 근적외광이 출력되지 않는다. 따라서, 일반적으로 사용되는 IR 컷트 필터는 필요 없다. 그 때문에, 촬상 장치(100)를 소형화하는 것이 가능해진다.
여기서, 유기 광전 변환층(14R, 14G, 14B)은 적층하여 배치되어 있기 때문에, 통상의 베이어 배열의 RGB 칼라 필터 방식의 고체 촬상 소자에 대해 색 해상도가 높은 화상을 얻을 수 있다.
한편, 야간 등 광량이 적은 경우는, 유기 광전 변환층(14R, 14G, 14B)으로부터의 가시광의 신호에 더하여, 광전 변환 소자(12)로부터 출력되는 근적외광의 신호를 합쳐서 이용함에 의해, 보다 밝은 화상 신호를 생성할 수 있다.
또한, 광량이 적은 장면에서는, 색정보가 적어지기 때문에, 흑백 화상 처리를 함에 의해 어두워지면 두드러지게 되어 오는 색 노이즈를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 광량이 적은 곳에서의 촬상시는, 유기 광전 변환층(14R, 14G, 14B)으로부터의 출력 신호에 대해, 상대적으로 입사 광량이 적은 때 노이즈가 증가하기 때문에, 광전 변환 소자(12)로부터의 근적외광의 신호만을 사용하여, 흑백 화상을 생성하는 것도 가능하다.
주위의 밝기를 검지하는 시스템과 조합시킴에 의해, 근적외광의 신호를 이용한 화상 생성에의 전환을 자동화할 수 있다. 이것은, 예를 들면 주위의 밝기를 검 지하는 센서, 가시광의 신호량을 감시하는 회로를 추가하여, 신호 처리 회로에의 피드백을 행함에 의해 실현할 수 있다. 이들의 가시광의 신호와 근적외광의 신호의 사용은 전기적으로 전환할 수 있고, 기계적인 기구를 조립할 필요가 없기 때문에, 소형이며 비용이 싼 주야 겸용 카메라를 제작하는 것이 가능하다.
[신호 처리의 다른 예]
예를 들면, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제 2 고체 촬상 장치(2)에 의해 광전 변환된 신호 전하, 예를 들면 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호가 출력된다. 그 출력된 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호를 기초로, 크로마 신호 생성 처리 블록(220)에서 크로마 신호를 생성하고, 또한 휘도 신호 생성 블록(230)에서 휘도 신호를 생성한다. 각각에 생성된 크로마 신호와 휘도 신호에 의해 화상 생성 블록(240)에서 화상을 생성한다.
또한, 주위의 밝기를 검지하는 센서(250)가 구비되어 있다. 이 센서(250)에서 검출한 주위의 밝기, 또는 상기 센서(250)에서 검출한 주위의 밝기에 상기 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호의 각 신호량을 가한 밝기로, 신호량 비교 처리 블록(260)에서, 근적외광을 사용하는지의 여부를 판단한다.
그리고, 근적외광을 사용하는 경우에는, 스위치(270)를 ON 상태로 하고, 근적외광 신호를 상기 휘도 생성 처리 블록(230)에 보낸다. 이 경우, 휘도 생성 처리 블록(230)에서는, 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호에 근적외광 신호를 가하여, 휘도 신호가 생성된다.
한편, 근적외광을 사용하지 않는 경우에는, 스위치(270)를 OFF 상태로 하여, 근적외광 신호를 상기 휘도 생성 처리 블록(230)에 보내지 않는다. 이 경우, 휘도 생성 처리 블록(230)에서는, 적색광(R) 신호, 녹색광(G) 신호, 청색광(B) 신호만으로 휘도 신호가 생성된다.
또한, 근적외광만을 사용하여 화상을 생성하는 경우에는, 신호량 비교 처리 블록(260)에서, 스위치(280)를 OFF 상태로 하여, 화상 생성 블록(240)에서 휘도 신호만으로 화상을 생성한다.
상기 촬상 장치(100)에서는, 입사 광량이 적은 때에 있어서, 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외광의 신호를 혼합하여 신호 처리를 한 흑백 화상 신호를 출력하기 때문에, 고감도화되어, 야간의 촬영이 용이해진다. 또한, 입사 광량이 큰 때에 있어서는, 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일 없이, 칼라 화상을 촬영할 수 있다.
또한 본원 발명의 제 1 고체 촬상 장치(1) 또는 제 2 고체 촬상 장치(2)를 이용하기 때문에, 입사 광량이 큰 때에 있어서 색 재현, 색 해상도를 열화시키는 일이 없고, 입사 광량이 적은 때에 있어서도 촬상이 가능해진다는 이점이 있다.
또한, 가시광의 신호와 근적외광의 신호를 독립하여 출력하는 것이 가능하기 때문에, 일반적인 촬상 장치에서 필요하게 되어 있던 IR 컷트 필터가 필요하지 않아, 소형의 촬상 장치의 제공이 가능해진다.
또한, 가시광의 신호와 근적외광의 신호를 독립하여 출력할 수 있는 것을 이용하여, 기계적인 기구를 이용하지 않는, 소형이며 비용이 싼 주야 겸용 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 촬상 장치(100)는, 상기 구성으로 한정되는 것이 아니고, 고체 촬상 장치를 이용하는 촬상 장치라면 어떤 구성의 것에도 적용할 수 있다.
상기 제 1 고체 촬상 장치(1) 또는 제 2 고체 촬상 장치(2)는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와, 신호 처리기 또는 광학계가 통합하여 패키지화된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
또한, 본 발명은, 고체 촬상 장치뿐만 아니라, 촬상 장치에도 적용 가능하다. 이 경우, 촬상 장치로서, 고화질화의 효과를 얻을 수 있다. 여기에서, 촬상 장치는, 예를 들면, 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 기기인 것을 나타낸다. 또한 "촬상"은, 통상의 카메라 촬영시에 있어서의 상이 찍음만이 아니고, 광의의 의미로서, 지문 검출 등도 포함하는 것이다.
본 발명은 2008년 11월 20일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2008-296511호를 우선권으로 주장한다.
당업자라면, 첨부된 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 여러가지 수정, 조합, 부분 조합 및 변경을 가할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시의 형태에 관한 제 1 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 1 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 2는 제 1 고체 촬상 장치의 변형예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 3은 일반적인 고체 촬상 장치의 분광 감도 특성도.
도 4는 제 1 고체 촬상 장치의 분광 감도 특성도.
도 5는 제 1 고체 촬상 장치의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시의 형태에 관한 제 2 고체 촬상 장치의 기본 구성의 제 1 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 7은 일반적인 고체 촬상 소자의 분광 감도 특성도.
도 8은 제 2 고체 촬상 장치의 분광 감도 특성도.
도 9는 제 2 고체 촬상 장치의 구성을 CMOS 이미지 센서에 적용한 한 예를 도시한 개략 구성 단면도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시의 형태에 관한 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시한 블록도.
도 11은 촬상 장치의 신호 처리의 한 예를 도시한 블록도.
도 12는 촬상 장치의 신호 처리의 한 예를 도시한 블록도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 2 : 고체 촬상 장치 12 : 광전 변환 소자
13 : 칼라 필터부 14 : 유기 광전 변환층

Claims (8)

  1. 입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와,
    대응하는 광전 변환 소자의 광 입사측에 마련된 칼라 필터부와,
    상기 칼라 필터부의 광 입사측에 형성되며, 근적외광을 흡수하는 색소를 포함하는 유기 광전 변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칼라 필터부는, 적색을 흡수하는 칼라 필터부와, 청색을 흡수하는 칼라 필터부와, 녹색을 흡수하는 칼라 필터부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 칼라 필터부와 상기 유기 광전 변환층 사이에, 상기 근적외광보다도 긴 파장의 광을 흡수하는 광전 변환층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 근적외광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자에 입사하는 입사광의 입사측에 마련되며 적색광, 녹색광, 청색광의 3원색을 흡수하는 유기 광전 변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환층은,
    상기 광전 변환 소자에 입사하는 입사광의 입사측에 적색광을 흡수하는 적색 유기 광전 변환층과,
    상기 광전 변환 소자에 입사하는 입사광의 입사측에 청색광을 흡수하는 청색 유기 광전 변환층과,
    상기 광전 변환 소자에 입사하는 입사광의 입사측에 녹색광을 흡수하는 녹색 유기 광전 변환층을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 입사광을 집광하는 결상 광학부와,
    상기 결상 광학부에서 집광한 광을 수광하고 수광된 광을 광전 변환하여 광전 변환된 신호를 제공하는 고체 촬상 장치와,
    광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리기를 포함하며,
    상기 신호 처리기는,
    입사 광량이 큰 때는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광의 신호를 기초로 신호 처리를 수행하여 칼라 화상 신호를 출력하고,
    입사 광량이 적은 때는, 상기 고체 촬상 장치로부터 출력된 적색광, 녹색광, 청색광과 근적외광의 혼합광을 신호 처리하여 흑백 화상 신호를 출력하는 것을 특 징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는,
    입사광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와,
    대응하는 광전 변환 소자의 광 입사측에 마련된 칼라 필터부와,
    상기 칼라 필터부의 광 입사측에 형성되며, 근적외광을 흡수하는 색소를 포함하는 유기 광전 변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는,
    근적외광을 광전 변환하여 신호 전하를 얻는 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자의 입사광의 입사측에 적색광, 녹색광, 청색광의 3원색을 흡수하는 유기 광전 변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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