TWI356632B - Image sensor and digital camera - Google Patents

Description

1356632 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 特別 之光 器、 影像 裝置 PDA( 速增 資訊 拍攝 ，若 攝照 本專 明感 成， 光與 本發明係關於一種影像感測器與數位相機，並更 地係關於一種電荷累積型影像感測器，其依據入射光 量來累積電荷，及一種應用此影像感測器之數位相機 【先前技術】 近年來，隨著如CCD(電荷耦合裝置）區域感測 CMOS (互補式金屬氧化物半導體）影像感測器等等固態 裝置之解析度的增加，對於具備照相功能之資訊科技 ，如數位電子靜態相機、數位攝影機、可攜式電話、 個人數位助理，其爲可攜式資訊終端機）等的需求已快 加。在此，上述基於固態影像裝置而具有照相功能之 裝置將稱爲數位相機。 同時，近年來已對這些各式各樣的數位相機要求 不可見光影像的照片與可見光影像的傳統照片。例如 可拍攝紅外線影像的照片，則可在夜晚與此類環境拍 片。 迄今爲止，可應用一種技術以解決此類要求，曰 利申請公開（JP-A)第6- 1 774 1 6號，已揭示一種形成照 測器裝置之技術，其係由矽基板上之擴散區與N區形 形成與其相鄰的分離P區，及於相同表面上成像可見 紅外線光。 此外，JP-A第10-210486號已揭示一種利用複數個分 離組件與CCD之技術，包含如冷光鏡（cold mirror)之分離 1356632 組件，其從不可見光等等中將可見光分離出來’ 見光與不可見光之成像。 然而，在揭示於JP-Α第6-177416號之技術牛 感測器裝置之類型與其電極，係配置於相同光接 因此，相較於在.相同光接收面上僅接收可見光或 可見光的情況下，針對可見光與紅外線光二者之 域是較小的，並且成像感光度是低的’其爲一個 外，在相同揭示於JP-A第6-177416號之技術中’ 元件之折射率依據感光器上之入射光的波長之間 改變，故可見光與紅外線光之聚焦距離不相同。 有很難以良好特性聚焦可見光與紅外線光二者的 同時，在揭示於JP-A第10-2 10486號之技術 複數個CCD。且導致電力消耗與成本的增加’此 尺寸的增加，而且這些也是問題。 【發明内容】 爲了解決上述問題設計本發明，且本發明之 供一種影像感測器與數位相機’可有不同波長之 不會導致影像感光度的降低、聚焦特性的劣化、 及/或成本的增加、或者設備尺寸的增加。 本發明之觀點之影像感測器包含：複數個影 件，對應各個像素以矩陣配置方式而被配置於影 內部，該等光接收元件之每個元件於正面包含光 並依據影像接收面接收的光量來累積電荷；及電 件，輸出複數個光接收元件所累積的電荷至影像 以致能可 |，該二種 收面上。 僅接收不 光接收區 問題。此 因爲光學 的差異而 因此，會 問題。 中，要求 導致設備 目的係提 成像光而 電力消耗 像接收元 像感測器 接收面， 荷輸出組 感測器外 1356632 部，該影像感測器係構成爲使光入射於該等複數個光接收 元件之背面上，且該等複數個光接收元件可依據該背面所 接收之光量來累積電荷。 【實施方式】 在下面將參照圖式詳細說明本發明之實施例。 -第一實施例- 首先，關於本實施例之影像裝置50之整體結構將參照 第1圖之結構側視圖說明。 如第1圖中所示，關於本實施例之影像裝置50爲以己 密封於殼52中的影像感測器70所構成。該影像感測器70 整體由玻璃基板72與感測器部74所構成》於該殼52之正 面具備透明玻璃板54,且於該殼52之背面具備透明玻璃板 5 6° 該感測器部74係被支撐於影像裝置50之中間，且對 應各個像素以矩陣圖案而具備複數個光接收元件。該玻璃 基板72於影像裝置50之感測器部74與電極（終端）58之間 形成電氣連接，且執行強化感測器部7 4之功能。 該感測器部74可透過其正面（第1圖中上面）與背面（第 1圖中下面）二者來接收光。該透明玻璃板54爲特定尺寸與 位置，以致使光入射至感測器部74之整個正面側的光接收 面，且該透明玻璃板56爲特定尺寸與位置，以致使光入射 至感測器部74之整個背面側的光接收面。 第2A圖爲感測器部74之成像區之部分平面圖，顯示 二個於成像區中互相鄰近之像素P。每一像素P包含光接 1356632 極 與 例 85 90 元 下 表 I 以 附 件 晶 面 形 徑 形 於 矽 收元件80，以依據已接收光之光量而累積電荷之光電二 體所構成。垂直電荷轉移路徑82係配置於像素P之左邊 右邊二者。 如虛線所示，針對四相位驅動之多晶矽轉移電極85 86、89與90(EL)係配置於該垂直電荷轉移路徑82上方。 如，在轉移電極以二層多晶矽形成的情況中，轉移電極 與89係形成於例如第一多晶矽層中，且轉移電極86與 係形成於第二多晶矽層中。該轉移電極85控制從光接收 件80讀取電荷至垂直電荷轉移路徑82。 第2B與2C圖爲分別沿著第2A圖之線CA與CB切 之截面圖。如第2B圖中所示，於η型半導體基板87之 面形成Ρ型井88。於該ρ型井88之表面區域形成η型區 且這會構成光接收元件80。ρ +型區93爲通道停止區，用 實施該垂直電荷轉移路徑82等與像素Ρ之電氣分離。 如第2C圖中所示，在構成光接收元件80之η型區 近係具備構成垂直電荷轉移路徑82之η型區。光接收元 8〇與垂直電荷轉移路徑82之間的ρ型井88構成讀取電 體。 如氧化矽薄膜等之絕緣層在η型半導體基板87之表 上形成，且由多晶矽形成之轉移電極EL係於絕緣層上 成。該轉移電極EL係被配置以覆蓋該垂直電荷轉移路 82。由氧化矽等形成的另一絕緣層係於轉移電極EL上 成。包含向上開口之開口部的阻光膜8 3，係由鎢等形成 此絕緣層上，以便覆蓋垂直電荷轉移路徑82等等。由磷 1356632 玻璃等所形成之層間絕緣膜（inter-layer insulation filn〇84 係被形成’以覆蓋阻光膜83’且層間絕緣膜84之表面是平 坦的。 於該層間絕緣膜84上形成彩色濾波器層9卜此彩色濾 波器層91包含三個或更多色彩（本實施例中爲三個色彩）之 色彩區域’例如，如紅色區域91R、綠色區域等等。於該 彩色濾波器層91上形成由抗蝕材料等所形成之微鏡頭 9 2，以對應像素P。 如第2B圖中所示，於該等像素p上方一對一形成微鏡 頭92。爲紅色區域91R等之彩色濾波器係配置於該等微鏡 92下方。通過彩色濾波器之光係入射該光接收元件80。該 等微鏡頭92使從阻光膜83之開口部上方入射的光聚焦。 同時、，於η型半導體基板87之背面形成不可見光濾波 器層95。此不可見光濾波器層95包含傳送不可見光（本實 施例中爲紅外線光）之不可見光區。不可見光濾波器層95 之背面被施加了玻璃基板72。 η型半導體基板87之層厚度係設定爲可因此透過不可 見光之傳送的厚度（例如，20 g m)。採用了針對不可見光爲 具有高透射率之材料來作爲玻璃基板72。由於此結構，光 接收元件80可接收來自感測器部74之正面與背面二者的 光，並且可依據接收光的光量來累積電荷。η型半導體基 板87之層厚度在考慮不可見光之透射比下，儘可能愈薄愈 好，但是當該層厚度是較薄的時，影像感測器70之強度較 低。因此，關於本實施例之影像感測器70中，應用此玻璃 1356632 基板72以補償強度的降低。 此時，第3A圖顯示本實施例的彩色濾波器層91之結 構（從正面看的結構），且第3B圖顯示本實施例的不可見光 濾波器層95之結構（從背面看的結構）。 如第3A圖中所示，關於本實施例之彩色濾波器層91 係由配置複數組矩陣圖案所構成，每一組爲傳送紅光的紅 色區91R、傳送綠光的綠色區91G、傳送藍光的藍色區91B， 及不傳送光的阻光區91K。相對地，如第3B圖中所示，當 影像感測器70具備本實施例之不可見光濾波器層95時， 傳送不可見光之不可見光區951(在本實施例中，爲紅外線 光）係僅配置於對應彩色濾波器層91之阻光區91 K之位 置。不可見光濾波器層95之其它區域係全部形成作爲阻光 區 95K。 也就是說’關於本實施例之該彩色濾波器層91與不可 見光濾波器層95係被構成’使得爲可見光之入射的目標之 光接收元件80之配置之位置，與爲不可見光之入射的目標 之光接收元件80之配置之位置互相交替。因此，以此結 構’可形成影像感測器7 0以同時成像可見光與不可見光。 在此’除了 η型半導體基板87之層厚度與玻璃基板72 之供應之情況外’影像感測器7 〇之結構、製造過程等說明 爲傳統習知並將不再多作敘述。 接下來’關於本實施例之數位相機1〇Α之主要結構將 參照第4圖說明’其中採用如上述說明所構成的成像裝置 50 ° -10 -

1356632 數位相機1 Ο A係構成以包含鏡頭1 2、光學單 成像裝置50。該鏡頭12係用以聚焦目標之影像。| 元22導引已進入穿過該鏡頭12的光至該成像裝置 接收面。該影像裝置係被配置使得接收紅外線之3 於第4圖中朝上定向，且接收可見光之光接收面於 中朝下定向。 該光學單元22係具備稜鏡14，其係於已通遇 12 之光的光軸 L 之最上游端塗布冷濾波 filter)14A。該冷濾波器14A具有用以傳送可見光與 外線光之光學特性。已通過該透鏡12之光的光軸， 外線光被該稜鏡1 4之冷濾波器1 4 A反射於第4圖；; 在紅外線光之反射之方向中的下游端，依序配 鏡20A與反射鏡20B。已由冷濾波器14A反射之紅 係接著藉由該反射鏡20A與反射鏡20B反射，並Λ 測紅外線光之成像裝置50之光接收面上。 同時，在可見光之行進之方向中的下游端係配 鏡16,該可見光係透過該稜鏡14傳送而非被冷濾涵 所反射。該稜鏡16包含反射可見光之反射面。從該 之反射面的可見光之反射之方向中的下游端，依序 射鏡20C與反射鏡20D。已由稜鏡16之反射面反象 光接著藉由該反射鏡20C與反射鏡20D反射，並7 測可見光之成像裝置50的光接收面上。 關於本實施例之數位相機1 0 A，以如上述光學 之結構，其可使得，代表已進入穿過共同（相同）鏡 无22與 ί光學單 50之光 ;接收面 第4圖 丨該透鏡 器（c〇1d [反射紅 僅有紅 之上方。 丨置反射 .外線光 、射於偵 丨置有稜 芝器14A 稜鏡1 6 =配置反 t之可見 、射至偵 單元22 頭12之 -11 - 1356632 被拍攝體影像之光，可見光與紅外線光會入射至單一成像 裝置50上，其中該成像裝置係被構成以可對可見光與紅外 線光二者進行成像。 此時，依據可見光與紅外線光之波長中的差異，可見 光與紅外線光之焦距因爲光學元件中之折射率的差異而不 同。因此，在關於本實施例中之數位相機10A，設置光學 單元22之各種構件，以儘可能多的可見光與紅外線光之光 學路徑長度之間的差異，以便吸收聚焦距離中的差異。 藉由此光學單元22之配置的方式，可吸收焦距中的差 異至某個程度’但完全吸收此差異是困難的。因此，關於 本實施例之數位相機1 0A，成像裝置50係被構成爲在於第 4圖之垂直方向中的預定範圍內移動（箭頭X之方向）。因 此’至成像裝置50之二個面（正面與背面）的聚焦距離係可 調整的。 關於本實施之數位相機10A更構成以包含類比信號處 理部30、類比/數位轉換器（下面稱爲adC)32、輸出切換部 34、數位信號處理部36及控制部40。該類比信號處理部 30施加類比信號，處理輸入於其中之類比信號。該ADC32 轉換輸入於其中之類比信號爲數位資料。該輸出切換部34 切換輸入於其中之數位資料之輸出目的至二個預先指定的 輸出目的之任一。該數位信號處理部36施加各種不同種類 處理輸入於其中之數位資料的數位信號。該控制部40控制 整個數位相機10A之操作。 該成像裝置50之輸出端係連接至該類比信號處理部 -12- 1356632 30之輸入終端，該類比信號處理部30之輸出端係連接至 ADC32之輸入端，及該ADC32之輸出端係連接至該輸出切 換部34之輸入端。因此，代表從影像裝置輸出之被拍攝體 影像的類比信號係藉由類比信號處理部30而受到預定類 比信號處理，其包含相關聯之雙重取樣處理，藉由ADC 32 轉換爲數位資料，且接著輸入至該輸出切換部34» 關於本實施例之輸出切換部34係連接至該控制部 40。該輸出切換部34在控制部40之控制下，經由類比信 號處理部30與ADC32，具有分離從成像裝置50輸入之數 位資料爲提供至接收可見光（下面稱爲彩色影像資料）之影 像裝置50之像素的資料，及提供至接收紅外線光（下面稱 爲紅外線影像資料）之像素的資料，且輸出該資料。在此， 關於本實施例之輸出切換部34依據該控制部40之設定， 係構成以可輸出該彩色影像資料或紅外線影像資料之任何 一種資料。 輸出彩色影像資料之該輸出切換部34的輸出端係連 接至數位信號處理部36之輸入端。關於該數位信號處理部 36’各種不同種類的數位信號處理係於如色彩同步處理、 白平衡調整處理、伽瑪（gamma)處理、銳利度（sharpness)處 理等所輸入之彩色影像資料上實行。已藉由該數位信號處 理部36而接受數位信號處理之彩色影像資料係依據使用 者之照相指令，而被記錄於可攜式記憶卡中（亦即，按壓一 快門釋放開關（“快門按鈕”）之操作）。此記錄之結構與處 理爲一般習知，故在此將不敘述。 1356632 同時，輸出紅外線影像資料之輸出切換部34之輸出端 係連接至紅外線影像處理部，其使用紅外線影像資料執行 預定處理。依據由使用者之照相指令記錄來已輸入之紅外 線影像資料至可攜式記憶卡之處理（亦即，按壓快門釋放開 關之操作）係被採用來作爲本實施例之數位相機10A中的 此預定處理。 該數位相機10A也提供時序產生器38，其主要用以產 生驅動成像裝置50之時序信號並供應這些時序信號至成 像裝置50。成像裝置50之驅動係經由時序產生器38藉由 控制部40而控制。 該數位相機1 0A更備有紅外線光源42及聚焦透鏡44。 該紅外線光源4 2以紅外線光照亮一被拍攝體。該聚焦透鏡 44聚焦從該紅外線光源42朝該被拍攝體射出的紅外線 光。藉由紅外線光源42之光的發射係由該控制部40控制。 除了執行照相之照相模式以外，關於本實施例之數位 相機1 0 A還備有依據照相所得到的影像資料而重播被拍攝 體影像之播放模式，其詳細內容係爲習知，故將不再多做 說明。 當實行關於本實施例之數位相機1 〇 A之照相的照相模 式時，可選擇地設定實行可見光照相的可見光照相模式與 實行紅外線光照相之紅外線光照相模式之任何一種。 接著’參照第5圖將說明當關於本實施例之數位相機 10A之照相模式已被設定時的操作。第5圖爲顯示照相模 式處理程式之處理流程圖，其係藉由此時之數位相機1〇Α -14- 1356632 之控制部40而執行。此程式係被預先記憶在倂入於控 40之記億體中。在此，爲了避免複雜，將說明已藉由 者預先指定之可見光照相模式或紅外線光照相模式之 情況。 首先’在步驟1 00中，判斷紅外線光照相模式是 被設定。若此判斷爲正的，則處理跳至步驟102。 在步驟102中，控制輸出切換部34以便僅輸出紅 影像資料。接著，在步驟1 04中，控制紅外線光源42 開始光發射。接著，在步驟106中，依據釋放開關按 作來執行記錄紅外線影像資料之紅外線照相處理。接 在步驟108中，執行控制以便停止由步驟1〇4之處理 始之紅外線光源42之光發射。之後，處理跳至步驟1 另一方面，若步驟100之判斷爲負的，則假設可 照相模式已被設定。處理跳至步驟1 1 0並控制輸出切 34以便僅輸出彩色影像資料。接著，在步驟1 1 2中， 釋放開關按壓操作執行紀錄彩色影像資料之初始照 理。之後，處理跳至步驟1 1 4。 在步驟1 1 4中，判斷照相模式是否已被使用者所彩 若此判斷爲負的，則該處理回到步驟1 00且此處理從 1 00向前再執行，另一方面，若此判斷爲正的，則本照 式處理程序結束。 如上所詳述，在本發明實施例之影像感測器中具 複數個光接收元件（在本實施例中爲光接收元件80) 其正面具有光接受面，對應各個像素以矩陣形式而被 制部 使用 任一 否已 外線 以便 壓操 著， 所開 14。 見光 換部 依據 相處 ;止。 步驟 相模 f-M- · 備. ，在 設置 -15 - 1356632 於影像感測器內部，並依據該光接收面所接收的光之光量 來累積電荷；以及電荷輸出組件（在本實施例中爲垂直電荷 轉移路徑8 2)，其輸出於該等複數光接收元件所累積的電荷 至影像感測器外部。且其結構係形成爲··利用依據背面所 接收的光之光量而由該等複數光接收元件於其上累積的電 荷，使光能入射於複數光接收元件之背面上。因此，不同 的波長的光可被成像而不會導致影像感光度的降低、聚焦 特性的劣化、電力消耗及/或成本的增加、或者設備尺寸的 增加。 此外，關於本實施例之影像感測器，係更具備第一濾 波器（在本實施例中爲彩色瀘波器層91)，其配置於該等複 數光接收元件之正面並傳送（在本實施例中爲可見光）欲入 射至複數光接收元件之至少若干元件上的預定波長之光， 及第二濾波器（在本實施例中爲不可見光濾波器層95)，其 配置於複數光接收元件之背面端，並傳送與（在本實施例中 爲紅外線光）欲入射至複數光接收元件之至少若干元件上 的預定波長不同之波長的光。因此，具有互相不同預定波 長的光可正確地入射於複數光接收元件之正面的光接收面 與背面的光接收面。 此外，關於本實施例之影像感測器，藉由η型半導體 基板上堆層ρ型井而提供光接收元件，而層厚度係設定爲 使與預定波長不同的波長之光可傳送的厚度，且於ρ型井 處形成η型區。因此，僅11型半導體基板之層厚度不同於 先前的固態成像裝置，且該影像感測器可藉由大體上相同 -16 - 1356632 於先前的固態成像裝置之製程而製造。 此外，關於本實施例之影像感測器，於該背面提供— 種用以強化之玻璃板（在此，玻璃基板7 2)。因此’可補償 由於η型半導體基板之層厚度的薄化而使強度降低。 此外，關於本實施例之影像感測器，因爲預定波長爲 可見光之波長且不同於預定波長之波長爲不可見光之波 長，故可見光與不可見光二者均可被成像。 此外，關於本實施例之影像感測器，構成該第—濾波 器與第二濾波器，使得爲預定波長之光的入射之目標的光 接收元件之配置的位置，與爲不同於預定波長之波長的光 的入射之目標的光接收元件之配置的位置互相交替。因 此，預定波長的光與不同於預定波長的光可被同時成像。 此外，關於本實施例之數位相機，包含關於本實施例 之影像感測器，使得預定波長的光入射至該影像感測器之 正面，且使得不同於預定波長的波長的光入射至該影像感 測器之背面，並執行控制’使得基於影像感測器結果輸出 之電荷來實施照相。因此’同樣在關於本實施例之影像感 測器，不同波長的光可被成像而不會導致影像感光度的降 低、聚焦特性的劣化、電力消耗及/或成本的增加、或者設 備尺寸的增加。 總之，針對本實施例’已說明可見光之波長係用來作 爲本發明之預定波長且不可見光之波長係用來作爲不同於 預定波長之波長的情況。然而’本發明並不侷限於此’其 中預定波長爲不可見光的波長’且不同於預定波長之波長 -17- 1356632 爲可見光之波長的模式是可行的。在此情況下，可提供 同於本實施例中的效果》 此外’在本實施例中，已說明應用紅外線光作爲本 明之不可見光的情況。然而，本發明並不侷限於此。例如 其中可應用紫外線光的模式是可行的。在此情況下，可 單一影像感測器上實現以可見光之照相與以紫外線光的 相。 -第二實施例- 針對此第二實施例，將說明於影像感測器上所具備 彩色濾波器層與不可見光濾波器層。關於此第二實施例 影像感測器70之結構，除了彩色濾波器層與不可見光濾 器層之結構外，其係相同於關於第一實施例之影像感測 70。首先，參照第6A與6B圖將說明關於此第二實施例 彩色濾波器層91’ .與不可見光濾波器層95’之結構。 如第6A圖中所示，關於本實施例之彩色濾波器層91 係藉由配置複數組矩陣圖案而構成，每組爲紅色區91R 藍色區91B各一區及二個綠色區91G。另一方面，如第 圖中所示，關於本實施例之不可見光濾波器層95’係藉 配置對應所有像素之不可見光區951而構成。 亦即’關於此第二實施例，構成彩色濾波器層9 1 ’ 不可見光濾波器層95’ ，使得爲各個傳送目標之波長的 入射至影像感測器70之所有光接收元件80。以此結構， 於此第二實施例之影像感測器70係形成爲藉由相繼且 替地使可見光與紅外線光成像，而可使用所有光接收元 相 發 在 照 之 之 波 器 之 » 與 6B 由 與 光 關 交 件 -18- 1356632 來成像各自的光，且因此可改善影像感光度。 接下來’關於此第二實施例之數位相機10B之 構將參照第7圖說明，其中該成像裝置50包含應用 構成之影像感測器70。第7圖中之結構元件，其係 關於第4圖中所示之第一實施例的數位相機ι〇Α而 相同元件符號，並且將不再說明。 如第7圖中所示，關於第二實施例之數位相機 僅在附加提供之液晶快門1 8A、液晶快門1 8B及快 部46不同於關於第一實施例的數位相機10A,並且 應用輸出切換部34’取代該輸出切換部34。該快門 驅動液晶快門1 8 A與1 8 B。 該液晶快門1 8 A係***於冷濾波器1 4 A與反躬 之間’且執行阻擋與傳送已由冷濾波器1 4 A反射之 光之間的切換功能。同時，該液晶快門1 8B係*** 14與稜鏡16之間’且執行阻擋與傳送已透過冷濾抵 傳送之可見光之間的切換功能。該快門驅動部4 6係 控制部40 ’並經由快門驅動部46，該控制部40藉 快門18A與18B來控制光的阻擋與傳送。 關於此第二實施例之數位相機1 〇 B，從控制部 至快門驅動部4 6且用以控制液晶快門1 8 A與1 8 B之 控制信號、以及從控制部40輸入至紅外線光源42 控制紅外線光源4 2之光發射之狀態的控制信號，係 爲共同信號（下面稱爲控制信號）。 關於此第二實施例之數位相機10B，切換成像 主要結 上述所 相同於 被指定 10B係 門驅動 於其中 驅動46 r 鏡 20A 紅外線 於稜鏡 【器14A 連接至 由液晶 40輸入 狀態的 且用以 被用作 裝置50 -19- 1356632 上透過液晶快門18A之光的入射以及成像裝置50上 晶快門1 8 B之光的入射，以便相繼交替，且執行控 便在切換時序的同時，讀出於影像感測器70所累 荷。因此，關於此第二實施例之輸出切換部34’ ， 部40的控制下，具有使從ADC 32輸入之數位資料 藉由接收可見光（下面稱爲彩色影像資料）之成像裝濯 得到的資料，以及接收紅外線光（下面稱爲紅外線影 所得到的資料，在同時切換時序的狀態下，並輸出該 關於此第二實施例之數位相機10B，於可見光 紅外線光影像之間交替獲得影像訊框。訊框切換信 控制部40輸出至輸出切換部34’ ，其中該訊框切換 切換將被輸出每一影像訊框之影像資料。明顯地， 相機1 0 B並不侷限於此模式；其中可見光影像或紅 影像之任一被相繼獲得的模式也是可行的。在此情 配置於成像目標之光的光學路徑上之液晶快門係保 送狀態，且其它液晶快門係保持爲阻光狀態。 第8圖顯示關於本實施例之訊框切換信號與控 之範例。第8圖中所示之訊框切換信號係輸入至該 換部34’ ，且控制信號被輸入至紅外線光源42與快 •咅15 46。因此，當該訊框切換信號處於第8圖中所示 位時，紅外線光源42發射光，液晶快門1 8A係設定 狀態（打開狀態），且該液晶快門1 8 B係設定爲阻光先 閉狀態）。因此，藉由成像裝置5 0以紅外線光執行 並因而提供紅外線影像資料。 透過液 制，以 積的電 在控制 分離爲 I 50所 像資料） 資料。 影像與 號係從 信號係 該數位 外線光 況下， 持爲傳 制信號 輸出切 門驅動 之高準 爲傳送 &態（關 成像， •20- 1356632 另一方面，當該訊框切換信號爲低準位時，紅外線光 源42係設定爲無光發射狀態，該液晶快門1 8a設定爲阻光 狀態（關閉狀態），且該液晶快門18B設定爲傳送狀態（打開 狀態）。因此，藉由成像裝置50以可見光執行成像，並因 而提供彩色影像資料。 使用彩色影像資料與輸出之紅外線影像資料的詳細處 理係類似關於第一實施例之數位相機1 0 A，因此在此將不 再說明。 如上所詳述，關於本實施例之影像感測器，可實現相 同於關於前述之第一實施例的影像感測器的效果。此外， 因爲第一濾波器與第二濾波器係被構成以允許各個傳送目 標之波長的光將會入射至所有複數光接收元件上，藉由相 繼地與交替地成像預定波長的光（在此，爲可見光）與不同 於預定波長之波長的光（在此，爲紅外線光），使用所有複 數光接收元件於各個波長之光的成像是可行的。因此，可 改善成像感光度。 此外，關於本實施例之數位相機，透過該正面入射組 件（在此，稜鏡14、棱鏡16、反射鏡20C與反射鏡20D)之 光的入射，以及透過該背面入射組件（在此，冷濾波器1 4A、 反射鏡20A與反射鏡20B)之光的入射係相繼交替切換。因 此，執行控制，使得影像感測器所累積的電荷在切換時序 的同時被讀取。因此，可實際上改善成像感光度。 總之，關於上述實施例中藉由紅外線影像處理部所執 行之預定處理，已說明響應來自使用者之照相指令（釋放開 -21 - 1356632 關按壓操作），記錄已獲得之紅外線影像資料至可攜式記億 卡的應用處理之情況。然而，本發明並不侷限於此。明顯 地，應用使用紅外線影像資料之其它處理是可行的，例如， 如以JP-Α第7-83614號中所揭示之技術而找出到目標物的 距離之處理、以JP-A第7-43600號所揭示之技術偵測使用 者之視線的處理等等。 第9圖係在執行偵測使用者之視線的處理的情況下， 顯示一種數位相機10C之結構範例。第9圖中之結構元件 相同於第4圖中所述，且指定相同於第4圖中的元件符號》 在第9圖中所示數位相機10C中，配置成像裝置50使 得偵測可見光之光接收面朝向經由鏡頭12入射之光（可見 光）的光軸L的方向，且偵測紅外線光之光接收面係朝向數 位相機10C之背側。 此外，數位相機10C備有電子取景器47。於觀景窗之 附近配置紅外線光源42，其中該觀景窗爲在往該電子取景 器47裡面看時所看到之觀景窗。提供聚焦鏡頭44，並聚焦 從紅外線光源42朝向使用者之眼球而射出的紅外線光。提 供鏡頭48與二個反射鏡22A與22B。於該觀景窗之附近配 置鏡頭48於對應在使用者之眼球的紅外線光之反射的方 向之位置。該鏡頭48係用以聚焦該反射之紅外線光。因 此，形成一種結構，其中藉由眼球所反射的紅外線光’係 藉由這些構件而聚焦在偵測紅外線光之成像裝置50的光 接收面上。 在此結構中，輸出紅外線影像資料之輸出切換部34之 -22- 1356632 輸出価係連接至控制部40。經由此輸出切換部34，藉由該 控制部40基於提供紅外線影像資料偵測使用者的視線。依 據視線的偵測結果，可由使用者實施所期望的AE(自動曝 光）控制、A F (自動對焦）控制、變焦操作等控制。 同樣以此結構’可實現上述實施例中相同的效果。 總之’關於上述實施例之光接收元件、影像感測器與 數位相機之結構（參照第1、4、6A、6B與7圖）均爲範例。 明顯地’在不脫離本發明之精神下，在本發明的範圍中可 作適當的修改。 例如’針對上述實施例，已敘述應用CCD區域感測器 作爲本發明之影像感測器的情況。然而，本發明並不侷限 於此。例如，可應用其它如C Μ 0 S影像感測器等裝置之固 態影像感測器。同樣在此情況下，可實現上述實施例中相 同的效果。 此外，針對上述實施例，已敘述提供整合彩色濾光層 91(91’ ）與不可見光濾光層95 (9 5’ ）於影像感測器70。然 而，本發明並不侷限於此。作用爲類似該彩色濾光層 9 1 (9 1 ’）之濾波器（下面稱爲可見光濾波器）以及作用爲類 似該不可見光濾光層95 (95’ ）之濾波器（下面稱爲不可見光 濾波器）之濾波器與該影像感測器70分離的模式是可行 的。在此情況下，例如，配置可見光濾波器於第4或7圖 中所示之光學單元22中之可見光之光學路徑上的任何位 置，且配置不可見光濾波器於光學單元22中之不可見光之 光學路徑上的任何位置。然而，考量關於成像裝置50之光 -23- 1356632 接收元件80的位置設置的容易性，若這些濾波器配 像裝置50附近則是較佳的。可見光濾波器與不可見 器之濾波器結構在此情況下可由具有相同於第3AH 或者第6A與6B圖中所示之濾波器結構當範例。 也在此一情況下’可於上述實施例中實現相同 此外’說明第一實施例之照相模式處理程序的 程（參照第5圖）也爲一範例。明顯地，處理次序的 細部處理的修改、不必要步驟的删除、新增步驟的 等’均仍在本發明的範圍內而不脫離本發明之精神 此外’施加至第二實施例之訊框切換信號與控 之時序圖（參照第8圖）也爲一個範例。明顯地，適 改仍在本發明的範圍內而不脫離本發明的精神。 本發明之第一觀點之影像感測器包含：複數影 元件’對應各個像素以矩陣配置方式而配置於影像 內部，該等光接收元件之每一元件於正面處包含 面，並依據影像接收面所接收之光的光量來累積電 電荷輸出組件，其輸出該等複數光接收元件所累積 至影像感測器的外部，該影像感測器係被構成使得 射於複數光接收元件之背面上，且該等複數光接收 依據背面所接收的光的光量來累積電荷。 依照第一觀點之影像感測器，於其正面具有光 之複數光接收元件係依據該光接收面所接收的光的 累積電荷，且該等複數光接收元件所累積的電荷係 荷輸出組件而輸出至影像感測器的外部，其中該等 置於成 光濾波 ί 3B圖 效果。 處理流 修改、 增加等 〇 制信號 當的修 像接收 感測器 光接收 荷：及 的電荷 光可入 元件可 接收面 光量來 藉由電 複數光 -24- 1356632 接收元件係對應各個像素並以矩陣方式而配置於影像感測 器內部。 此外，本發明之影像感測器係被構成使得光可入射於 複數光接收元件之背面，依據背面所接收之光的光量，藉 由複數光接收元件來累積電荷。 亦即，以本發明，依照上述結構，於影像感測器內部 以對應各個像素的矩陣形式來配置複數光接收元件，並依 據所接收之光的光量來累積電荷，且形成該等複數光接收 元件以可透過其正面與背面兩者而接收光。因此，其可藉 由不同波長的光從單一影像感測器之正面與背面入射而獲 得不同波長的光。在此，由於該等複數光接收元件係被用 以接收來自正面的入射光與來自背面的入射光，故將不會 發生成像感光度的降低、電力消耗及成本的增加、以及設 備尺寸的增加。此外，以本發明，因爲該等二種入射光可 沿著各自不同的路徑而入射於正面與背面，故在二種入射 光之入射路徑是相同的情況下，因入射光的聚焦距離的差 異而導致的聚焦特性的劣化將不會發生。 因此，由於依照第一觀點之影像感測器，具備：複數 光接收元件，於其正面具有光接收面，對應各個像素而以 矩陣圖案方式而配置於影像感測器內部，並依據在光接收 面所接收的光的光量來累積電荷；及電荷輸出組件，其輸 出在該等複數光接收元件所累積的電荷至外部。且其結構 係形成爲：利用依據背面所接收的光的光量而由該等複數 光接收元件所累積的電荷，使光可入射於複數光接收元件 -25- 1356632 之’背面上，不同波長的光可被成像而不會導致成像感光度 的降低、聚焦特性的劣化、電力消耗及/或成本的增加、或 者設備尺寸的增加。 本發明可於第二觀點中，更包含：第一濾波器，配置 於複數光接收元件之正面，該第一濾波器傳送預定波長的 光並使得此預定波長的光入射至複數光接收元件之至少若 干個元件上；及第二濾波器，配置於複數光接收元件之背 面，該第二濾波器傳送不同於預定波長的波長的光，並使 得此不同於預定波長之波長的光入射至複數光接收元件之 至少若干個元件上。因此，具有互相不同的預定波長的光 可被正確地Λ射於光接收面複數光接收元件之正面的光接 收面與背面的光接收面上。 可在η型半導體基板上層積ρ型井來提供作爲第三觀 點的本發明之光接收元件，基板之層厚度係被設定爲使不 同於預定波長之波長的光的傳送爲可能，且在ρ型井上形 成η型區。因此，僅η型半導體基板之層厚度係不同於之 前的固態成像裝置，且該影像感測器可大體上由相同於之 前固態成像裝置之製程來製造。 然而’在此情況下，η型半導體基板之層厚度係比之 前還薄’故影像感測器之強度變得較低。 因此’第三觀點可在第四觀點中而提供一種強化用之 玻璃板。因此’因η型半導體基板之層厚度的薄化而導致 強度降低的情況可被補償。 在第二至第四觀點之任何一個觀點中，其均可在第五 -26- 1356632 觀點中，預定波長爲可見光之波長且不同於預定波長之波 長爲不可見光之波長，或者預定波長爲不可見光之波長且 不同於預定波長之波長爲可見光之波長之其中—種情況。 因此，可見光與不可見光二者均可被成像。 任何第二至第五觀點之第一濾波器與第二濾波器，可 在第六觀點中而被構成，使得爲預定波長的光之入射之目 標的光接收元件之配置的位置，與爲不同於預定波長的波 長的光之入射之目標的光接收元件之配置的位置互相交 替。因此，預定波長的光與不同於預定波長之波長的光可 同時被成像。 任何第二至第五觀點之第一濾波器與第二濾波器，可 在第七觀點中而被構成爲使得爲傳送之目標的各個波長的 光入射至所有複數光接收元件。因此，藉由成像預定波長 的光與不同於預定波長的波長的光相繼交替，其可使用所 有複數個光接收元件執行成像，因此可進一步改善成像感 光度。 此外，爲了達到上述目的，第八觀點之數位相機包含： 第二至第七觀點之任一影像感測器：正面入射組件，可讓 預定波長的光入射於影像感測器之正面；背面入射組件’ 可讓不同於預定波長之波長的光入射於影像感測器之背 面；及控制組件，其控制爲基於影像感測器所輸出之電荷 來執行照相。 第八觀點之數位相機係被設備於本發明之影像感測 器。使得預定波長的光藉由正面入射組件而入射於影像感 -27- 1356632 測器之正面，同時使得不同於預定波長之波長的 面入射組件而入射於影像感測器之背面。該控制 制爲基於影像感測器所輸出的電荷而實施照相。 因此，依照第八觀點之數位相機’因爲該數 含本發明之影像感測器，當使預定波長之光入射 測器之正面時，使不同於該預定波長之波長的光 像感測器之背面，並執行控制，使得基於影像感 應輸出之電荷而實施照相，同樣地對於本發明之 器來說，不同波長的光可被成像而不會導致成像 降低、聚焦特性的劣化、電力消耗及/或成本的增 設備尺寸的增加。 若該影像感測器爲第七觀點之影像感測器， 之控制組件可在第九觀點中，執行切換，使得由 入射組件之光的入射與由於該背面入射組件之光 連結交替的，且執行控制以便於切換之時序的同 對應累積於影像感測器上的電荷。因此，同理於 上，可更進一步改善成像感光度。 此外，爲了實現上述目的，第十觀點之數位手目 第一觀點之影像感測器；第一濾波器對應於影像 複數光接收元件之正面側而被配置，傳送預定波 並使得預定波長的光入射於該等複數光接收元件 干元件上；第二濾波器對應於影像感測器之複數 件之背面側而被配置，傳送不同於該預定波長 光，並使得不同於該預定波長的波長的光入射於 光藉由背 組件係控 位相機包 於影像感 入射於影 測器所對 影像感測 感光度的 加、或者 則本發明 於該正面 的入射係 時，讀出 第七觀點 丨機包含： 感測器之 長的光， 之至少若 光接收元 的波長的 該等複數 -28- 1356632 定面經制 預正光控 讓之的及 可器長 ； , 測波上 件感的面 組像長背 射影波之 入該定器 面於預測 正射該感 ; 入於像 上而同影 件器不該 元波讓於 干濾可射 若一 ，入 少第件而 至該組器 之由射波 件經入濾 元光面二 收的背第 接長·，該 光波上由 組件，其控制爲基於影像感測器所輸出之電荷而執行照相。 第十觀點之數位相機係被提供於本發明之影像感測 器。藉由該正面入射組件經由第一濾波器而使預定波長的 光入射於影像感測器之正面，該第一濾波器係對應影像感 測器之複數光接收元件之正面側而被配置，並傳送欲入射 之預定波長的光於該等複數光接收元件之至少若干個元件 上。同時，使得不同於預定波長的波長的光經由第二濾波 器藉由該背面入射組件而入射於影像感測器之背面，該第 二濾波器係被提供符合影像感測器之複數光接收元件之背 面端，並傳送欲入射之不同於預定波長的波長的光於該等 複數光接收元件之至少若干個元件上。該控制組件係控制 爲基於影像感測器所輸出之電荷而實施照相。 因此，依照第十觀點之數位相機，因爲本發明之影像 感測器包含，當使預定波長的白光經由第一濾波器入射於 影像感測器之正面時，使不同於預定波長之波長的光經由 第二濾波器入射於影像感測器之背面，並執行控制爲基於 對應於影像感測器所輸出的電荷而實施照相。同樣針對本 發明之影像感測器，不同波長的光可被成像，而不會導致 影像感光度的減少、聚焦特性的劣化、電力消耗及/或成本 的增加、或設備尺寸的增加。 -29- 1356632 依照本發明，可於其中獲得一個效果，提供一種對不 同波長的成像光而不會導致成像感光度的減少、聚焦特性 的劣化、電力消耗或成本的增加、或設備尺寸的增加之影 像感測器與數位相機。 【圖式簡單說明】 第1圖爲關於顯示本發明之實施例之影像裝置的結構 的截面側視圖。 第2A圖爲關於本發明之實施例之影像感測器之感測 器部分上影像區之部分平面圖。 第2B圖爲沿著第2A圖之線CA切下之截面圖。 第2C圖爲沿著第2A圖之線CB切下之截面圖。 第3A圖爲關於本發明之第一實施例顯示彩色濾波器 層之結構之平面圖。 第3B圖爲關於本發明之第一實施例顯示不可見光濾 波器層之結構之平面圖。 第4圖爲關於本發明之第一實施例顯示數位相機之結 構的方塊圖。 第5圖爲關於本發明之第一實施例顯示照相模式處理 程式之處理流程圖。 第6A圖爲關於本發明之第二實施例顯示彩色濾波器 層之結構之平面圖。 第6B圖爲關於本發明之第二實施例顯示不可見光濾 波器層之結構之平面圖。 第7圖爲關於本發明之第二實施例顯示數位相機之結 -30- 1356632 構的方塊圖。 第8圖爲關於本發明之第二實施例施加於數位相機中 之訊框切換信號與控制信號之時序圖。 第9圖爲關於本發明之實施例應用成像裝置顯示數位 相機之結構之另一個範例之方塊圖。 【主要元件符號說明】

10A 、10B、 10C 數 位 相 機 12 鏡 頭 14、 16 稜 鏡 14A 冷 濾 波 器 L 光 軸 1 8A 、18B 液 晶 快 門 20A 、20B、 20C 、 20D 反 射 鏡 22 光 學 單 元 30 類 比 信 處理部 32 類 比 /數位轉換器 34 ' 34’ 輸 出 切 換 部 36 數 位 信 號 處理部 38 時 序 產 生 器 40 控 制 部 42 紅 外 線 光 源 44 聚 焦 鏡 頭 46 快 門 驅 動 部 47 電 子 取 景 .器 -31- 1356632

48 聚 隹 /1 w 鏡 頭 50 成 像 裝 置 52 殼 54、 56 透 明 玻 璃 板 58 電 極 70 影 像 感 測 器 72 玻 璃 基 板 74 感 測 器 部 80 光 接 收 元 件 82 垂 直 電 荷 轉 移 路 徑 83 阻 光 膜 84 層 間 絕 緣 膜 87 η型 半丨 導i 瞻 體: 基' 板 88 Ρ ： 型： 井 85 ' 86 、 89 、 90 多 晶 矽 轉 移 電 極 91、 9 1’ 彩 色 濾 波 器 層 9 1 R 紅 色 1品. 9 1 G 綠 色 log 9 1 B 藍 色 1¾ 9 1 K 阻 光 丨品 92 微 鏡 頭 93 Ρ +型 1品. 95、 95' 不 可 見 光 濾 波 器 層 951 不 可 見 光 區 100- -114 步 驟 -32-

Claims (1)

1356632 Μ年？月5日修正;I正本 第096 1 3 1 1 62號「影像感測器與數位相機」專利申請案 (2011年9月5日修正) 十、申請專利範圍： 1. 一種影像感測器，包含： 複數個光接收元件，對應各個像素以矩陣配置方式 配置於該影像感測器內部’該等光接收元件之每個元件 於正面包含光接收面’並依據該光接收面所接收的光量 來累積電荷； 電荷輸出組件’輸出該等複數個光接收元件所累積 的電荷至該影像感測器外部； 第一濾波器’配置於該等複數個光接收元件之正面 側上，該弟一濃波器傳送預疋波長的光，並使此預定波 長的光入射於該等複數個光接收元件之至少若干元件； 及 第二濾波器，配置於該等複數個光接收元件之背面 側上，該第二濾波器傳送不同於該預定波長之波長的 光，並使此不同於該預定波長之波長的光入射於該等複 數個光接收元件之至少若干元件：其中 該影像感測器係構成爲使光入射於該等複數個光接 收元件之背面，且 該等複數個光接收元件可依據該等背面所接收之光 量來累積電荷。 2.如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中藉由在η型 半導體基板上層疊Ρ型井而設置該等光接收元件，該基 1356632 私年1月i：曰修正本 卜正本 丨 板之層厚度係設定爲使不同於該預定波長之波長的光能 夠傳送的厚度，並在該p型井處形成n型區。 3 如申請專利範圍第2項之影像感測器，其中於該背面上 具備用以強化之玻璃板》 4 _如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中 該預定波長爲可見光之波長，而不同於該預定波長之波 長爲不可見光之波長， 或者是該預定波長爲不可見光之波長，而不同於該預定 波長之波長爲可見光之波長。 5 .如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該第一濾波 器與該第二濾波器係構成爲：使得該預定波長之光的入 射目標之該等光接收元件之配置位置，與不同於該預定 波長之波長之光的入射目標之該等光接收元件之配置位 置互相交替。 6 .如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該第一濾波 器與該第二濾波器係構成爲使得爲傳送目標的各個波長 的光入射至所有複數個光接收元件。 7 . —種數位相機，包含： 影像感測器； 正面入射組件； 背面入射組件；及 控制組件，其中 該影像感測器包含： 1356632 修正本 複數個光接收元件，對應各個像素以矩陣配置方式 配置於該影像感測器內部’該等光接收元件之每個元件 於正面包含光接收面，並依據該光接收面處接收的光量 來累積電荷； 電荷輸出組件’輸出該等複數個光接收元件所累積 的電荷至該影像感測器外部： 第一濾波器’配置於該等複數個光接收元件之正面 側上，該第一濾波器傳送預定波長的光，並使得此預定 波長的光入射於該等複數個光接收元件之至少若干元 件；及 第二濾波器’配置於該等複數個光接收元件之背面 側上’該第二濾波器傳送不同於該預定波長之波長的 光，並使得此不同於該預定波長之波長的光入射於該等 複數個光接收元件之至少若干元件， 該影像感測器係構成爲使光入射於該等複數個光接 收元件之背面， 該影像感測器之複數個光接收元件可依據該等背面 所接收之光量來累積電荷， 該正面入射組件可讓該預定波長的光入射在該影像 感測器之正面， 該背面入射組件可讓不同於該預定波長之波長的光 入射在該影像感測器之背面，且 該控制組件進行控制，使得基於該影像感測器所輸 出之電荷來執行照相 1356632 8. 如申請專利範圍第7項之數位相機，其中藉由在n型半 導體基板上層疊Ρ型井而設置該等光接收元件，該基板 之層厚度係設定爲使不同於該預定波長之波長的光能夠 傳送的厚度，並在該Ρ型井處形成η型區。 9. 如申請專利範圍第8項之數位相機，其中於該背面上具 備用以強化之玻璃板。 1 0 .如申請專利範圍第7項之數位相機，其中 該預定波長爲可見光之波長，而不同於該預定波長之波 長爲不可見光之波長， 或者是該預定波長爲不可見光之波長，而不同於該預定 波長之波長爲可見光之波長。 11.如申請專利範圍第7項之數位相機，其中該第一濾波器 與該第二濾波器係構成爲：使得該預定波長之光的入射 目標之該等光接收元件之配置位置，與不同於該預定波 長之波長之光的入射目標之該等光接收元件之配置位置 互相交替。 1 2 ·如申請專利範圍第7項之數位相機，其中該第一濾波器 與該第二濾波器係構成爲使得爲傳送目標的各個波長的 光入射至所有複數個光接收元件。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之數位相機，其中該控制組件執 行切換，使得由於該正面光入射組件所導致之光的入射 與由於該背面光入射組件所導致之光的入射相繼交替’ 及執行控制，以使同步於該切換的時序，來讀出對應地 累積於該影像感測器上的電荷。 1356632 丨碑气月·Γ曰修正扭正本 14.—種數位相機，包含： 影像感測器； 第一濾波器； 第二濾波器； 正面入射組件； 背面入射組件；及 控制組件，其中 該影像感測器包含： ’複數個光接收元件，對應各個像素以矩陣配置方式 配置於該影像感測器內部，該等光接收元件之每個元件 於正面包含光接收面，並依據該光接收面所接收的光量 來累積電荷；及 電荷輸出組件，輸出該等複數個光接收元件所累積 的電荷至該影像感測器外部； 該影像感測器係構成爲使光入射於該等複數個光接 收元件之背面， 該影像感測器之複數個光接收元件可依據該等背面 所接收之光量來累積電荷， 對應於該影像感測器之該等複數個光接收元件之正 面側而設置該第一濾波器，其傳送預定波長的光，並使 得此預定波長的光入射於該等複數個光接收元件之至少 若干元件， 對應於該影像感測器之該等複數個光接收元件之背 面側而設置該第二濾波器，其傳送不同於該預定波長之 1356632 |w年巧月s曰修正本彦正本 波長的光，並使得此不同於該預定波長之波長的光入射 於該等複數個光接收元件之至少右干元件’ 該正面入射組件可讓該預定波長的光經由該第—濾 波器而入射於該影像感測器之正面’ 該背面入射組件可讓不同於該預定波長之波長的光 經由該第二濾波器而入射該影像感測器之背面’且 該控制組件進行控制，以便基於該影像感測器所輸 出之電荷來執行照相。