WO2016080003A1 - 固体撮像素子 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion regions, which are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, are provided on a semiconductor substrate.
- the conventional solid-state imaging device is a conventional primary color filter array [100 G for two G (green) pixel filters, B (blue) pixels.
- One of the G pixel filters of 1008B filter for one pixel and 1008R filter for one R (red) pixel arranged in a checkered pattern] is replaced with a near infrared light filter (IR) 1009. It was.
- all the vertical columns of the conventional complementary color filter array (8 pixels) 2008M, 2008C, 2008Y, 2008G are filters for near infrared light. (IR) Some were 2009.
- the output signals of R, G, and B output from an element obtained by photographing the image with the conventional solid-state imaging device 1000 or 2000 include information photoelectrically converted at a wavelength in the near infrared region (Because conventional photodiodes and R / G / B filters have sensitivity in the near-infrared wavelength region). For this reason, conventionally, an image is constructed by performing a process of subtracting information of IR pixels, which are pixels provided with a filter that transmits only light in the near-infrared wavelength region, from information of R, G, and B outputs.
- the near-infrared light source 1100 irradiates a subject with near-infrared light, and images are taken with all the pixels of the solid-state imaging device 1000 or 2000 to construct an image ( As described above, R, G, and B pixels also have sensitivity in the near infrared wavelength region).
- the case of the complementary color filter shown in FIG. 15A is also the same image construction method except that the number of pixels is different from that of the filter array, so that the description thereof is omitted here.
- the image is acquired by the above-described method, when a visible light image is acquired, an image is constructed using information of 3/4 pixels for the primary color and 2/3 pixels for the complementary color, and near-infrared light is acquired. It can be seen that the image is acquired by using all pixel information.
- an IR (infrared) cut filter is provided between the imaging device chip and the imaging optical system, so that the above-mentioned near red There is no need to worry about photoelectric conversion with outside light.
- an imaging system that can acquire a near-infrared light image using a normal solid-state imaging device without using the solid-state imaging device 1000 or 2000 as shown in FIG. 14 or FIG. 15 has been proposed.
- an imaging system provided with two imaging elements that is, a solid-state imaging element 4000 for visible light and a solid-state imaging element 3000 for near-infrared light.
- An element provided with a cut filter 4009 and an apparatus that captures images with an element provided with a bandpass filter 3008 (transmitting only light of a specific IR wavelength) in an optical system have been proposed for obtaining near-infrared light images.
- an optical system that irradiates light from a light source device to a subject to be photographed is provided with a mechanism for switching an IR cut filter or a band pass filter. .
- Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2005-191748 (Published July 14, 2005)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 4-357926 (published on Dec. 10, 1992)”
- FIG. 25 Both the visible light image and the near-infrared light image are acquired simultaneously as shown in the comparison diagram shown in FIG. 25 and the comparison diagrams shown in FIGS. 25A to 25E and FIG. 26A to 26E.
- I could't.
- (A) to (e) of FIG. 23 are operations when imaging is performed by irradiating visible light with a CCD image pickup device (effective pixel number: horizontal 1280 pixels ⁇ vertical 960 pixels) with a total readout of 1.3 million pixels, respectively.
- FIGS. 24A to 24E show the flow of operations when imaging is performed by irradiating near-infrared light with the CCD imaging device.
- the visible light image obtained by the conventional solid-state imaging device 1000 or 2000 is formed from information of 3/4 pixels (2/3 pixels in the case of complementary colors), and the visible light image itself is Since it was created by processing with a near-infrared light image, there was a problem that the image processing for vein (artery) authentication would be very complicated.
- the present invention has been made in view of the above problems, and is a solid-state imaging device that simplifies image processing and enables simultaneous acquisition of both a visible light image and a near-infrared light image.
- the purpose is to provide.
- a solid-state imaging device is a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion regions, which are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, are provided on a semiconductor substrate.
- a plurality of visible light photographing color filters and the same number of near infrared light photographing color filters are associated with each of the plurality of photoelectric conversion regions in a two-dimensional manner. It is characterized by being arranged in a distributed manner.
- (a) is a figure which shows the mode of a filter arrangement
- (B) is a cross-sectional view of the AA ′ cross section shown in (a).
- FIG. It is a figure for demonstrating the complementary method of visible light pixel information, and the complementary method of infrared light pixel information regarding the said solid-state image sensor.
- (A) And (b) is a figure which shows the modification of the arrangement
- FIGS. 2B and 2C are graphs showing the optical characteristics of the filter
- FIGS. 2D and 2E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- FIGS. 2B and 2C are graphs showing the optical characteristics of the filter
- FIGS. 2D and 2E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- (A)-(e) is a comparison figure which respectively shows the operation
- (A)-(e) is a comparison figure which respectively shows the operation
- (A)-(e) is a figure which shows the operation
- FIGS. 1 to 13 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13 as follows.
- components having the same functions as those described in the specific embodiment may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 1A is a diagram illustrating a filter arrangement when the solid-state imaging device 100 is viewed from the light incident side.
- FIG. 1B is a cross-sectional view of the AA ′ cross section shown in FIG.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an imaging system including the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the imaging system of the present embodiment includes a solid-state imaging device 100, a near-infrared light source 101, and a visible light source 102.
- the imaging system of this embodiment irradiates near-infrared light from the near-infrared light source 101 and visible light from the visible light source 102 simultaneously to the imaging target (for example, a hand), thereby making visible light An image and a near-infrared light image can be output simultaneously.
- the solid-state imaging device 100 is not an interlaced readout, but as shown in FIGS. 27 (a) to 27 (e), an imaging device [CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type imaging device or CCD (Charge-coupled) capable of reading all pixels. device) has a function as an all-pixel readout type CCD].
- FIGS. 27A to 27E respectively irradiate both visible light and near-infrared light with a 1.3 million pixel full readout CCD image sensor (effective number of pixels: horizontal 1280 pixels ⁇ vertical 960 pixels). The operation when shooting is shown. 23 (a) to (e) and FIG. 24 (a) to (e), and FIG. 25 (a) to (e) and FIG.
- the solid-state imaging device 100 is mainly used for biometric authentication, and is capable of constructing an imaging system for biometric authentication with high speed and high accuracy.
- the solid-state imaging device 100 includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 1, a photodiode impurity layer (photoelectric conversion region) 2, a charge transfer portion impurity layer 3, a gate electrode 4, Shading film 5, silicon insulating film 6, flattening film 7, visible light transmission / near infrared cut filter (color filter for visible light photography) 8, near infrared transmission / visible light cut filter (near infrared light photography) Color filter) 9 and a condensing microlens 10.
- the configurations of the gate electrode 4, the light shielding film 5, the silicon insulating film 6, the planarizing film 7, and the condensing microlens 10 are not related to the essence of the present invention, and thus the description thereof is omitted here. .
- the silicon substrate 1 is a semiconductor substrate having one conductivity based on silicon.
- one conductivity is either p-type conductivity or n-type conductivity.
- Photodiode impurity layer 2 Inside the silicon substrate 1, a plurality of photodiode impurity layers 2 that are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, and a plurality of charge transfer units that are regions to which the generated charges are transferred Impurity layer 3 is formed.
- each of the plurality of visible light transmission / near-infrared cut filters 8 and the same number of near-infrared transmission / visible light cut filters 9 includes the plurality of photodiode impurity layers 2. They are two-dimensionally distributed in association with each other (the total number of pixels is about 1.3 million pixels). For this reason, when acquiring information on all the pixels of the visible light image, information on pixels (hereinafter referred to as “near infrared light pixels”) associated with a specific near-infrared transmission / visible light cut filter 9 is used.
- visible light pixels information of pixels associated with the visible light transmission / near infrared cut filter 8 distributed in the vicinity thereof.
- information on a specific visible light pixel may be supplemented using information on infrared light pixels arranged in the vicinity thereof. It becomes possible.
- the image processing can be simplified, and both the visible light image and the near infrared light image can be simultaneously acquired.
- each of the visible light transmission / near infrared cut filter 8 and the near infrared transmission / visible light cut filter 9 is collected on the photodiode impurity layer 2.
- they are arranged alternately (for example, in a checkered pattern).
- information on a specific visible light pixel may be supplemented using information on infrared light pixels arranged on the top, bottom, left, and right of the pixel. It becomes possible. Therefore, compared to a configuration in which the color filter for visible light photography and the color filter for near infrared light photography are not arranged alternately, the information of all pixels of the visible light image or the near infrared light image is obtained.
- the image processing for obtaining can be simplified.
- the visible light transmission / near infrared cut filter 8 is an IR (infrared) cut filter (for example, cuts light having a wavelength of 700 nm or more), and the near infrared transmission / visible light cut filter 9 is a visible light cut filter.
- IR infrared
- visible light cut filter 9 is a visible light cut filter.
- FIG. 3 shows an example of output signal processing when the present invention is applied to a CCD solid-state image sensor having a total pixel number of 1.3 megapixels.
- the visible light transmission / near infrared cut filter 8 and the near infrared transmission / visible light cut filter 9 are alternately arranged (for example, in a checkered pattern).
- Visible light pixel information and near infrared light information are alternately output from pixels close to.
- the information that was a near-infrared light pixel with respect to the total number of pixels of 1.3 million is calculated from the visible light pixel information of the upper, lower, left, and right four pixels and complemented as visible light pixel information.
- visible light pixel information is voltage information photoelectrically converted in the visible light pixel
- “information that was a near-infrared light pixel” means that the near-infrared light pixel is arranged. It is the pixel information that is supplemented by using the visible light image information of the upper, lower, left, and right.
- the information that was a visible light pixel is calculated from the information of the near-infrared light pixels of the upper, lower, left, and right four pixels, Supplement as information.
- an image of 1.3 million pixels of visible light and 1.3 million pixels of near-infrared light can be obtained by relatively simple information processing of pixels.
- the “near-infrared light pixel information” is voltage information photoelectrically converted by the near-infrared light pixel
- the “information that was a visible light pixel” is the position where the visible light pixel is arranged. This is pixel information that is complemented by using near-infrared light image information on the top, bottom, left, and right.
- More specific processing includes using pixel information obtained from a plurality of visible light pixels adjacent to the near-infrared light pixel, and complementing the pixel information of the near-infrared light pixel to complement all pixels related to visible light. Get information.
- the pixel information of the near-infrared light pixel is complemented by using the average value of the visible light images adjacent to the top, bottom, left and right of the near-infrared light pixel. According to the above configuration, it is possible to perform image processing for obtaining information on all pixels of a visible light image with higher accuracy.
- the pixel information of the visible light pixel is complemented to obtain all pixel information related to the near-infrared light.
- pixel information of the visible light pixel is supplemented using an average value of near-infrared light images adjacent to the visible light pixel in the vertical and horizontal directions.
- FIG. 4 are diagrams showing modifications of the arrangement method of each filter of the visible light transmission / near infrared cut filter 8 and the near infrared transmission / visible light cut filter 9, respectively. is there.
- the arrangement of the visible light pixels and the near-infrared light pixels is not particularly limited as long as half the total number of pixels is arranged, and the arrangement method shown in these drawings may be adopted. .
- the number of pixels that can be truly obtained by photoelectric conversion between the visible light image and the near-infrared light image is half the total number of pixels (for example, 1.3 million pixels).
- the manufactured filter is particularly thick, particularly in the near-infrared pixel, the filter is thick, and the visible light pixel. Then, when forming a filter such that the filter is thin, there is a possibility that considerable unevenness may be formed on the element.
- the variation (irregularity) in the element structure causes unevenness in a later process, and the photographed image may be uneven during photographing. Therefore, it is preferable to suppress unevenness in the element structure as much as possible.
- the filter array as shown in FIGS.
- the visible light transmission / near infrared cut filter 8 and the near infrared transmission / visible light cut filter 9 are arranged in a checkered pattern like the solid-state imaging device 100 of the present embodiment. Since the arrangement is the same everywhere, the surface irregularities can be minimized.
- the number of visible light pixels and the number of near-infrared light pixels may be equal to half the total number of pixels, respectively, so that all visible light pixels in all vertical columns and near-infrared pixels in all vertical columns are alternately arranged. It may be arranged.
- the vertical column that was a near-infrared light pixel does not have any information obtained by truly photoelectrically converting visible light, and was obtained by calculation. Since it becomes information, there is a possibility that it is slightly disadvantageous in terms of resolution.
- a visible light transmission / near infrared cut filter a transparent filter (as shown in FIG. 5 to FIG. 8) is used as a color filter for visible light photography.
- a color filter for infrared light photography a near-infrared transmission / visible light cut filter or a bandpass filter (transmits only light of a specific wavelength), an imaging system, an authentication system, Or you may comprise combining by selecting with the imaging
- FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of the solid-state imaging device 200a including an example of variations in transmission wavelength setting of each filter.
- a combination of a visible light transmission / near infrared cut filter (color filter for visible light photography) 68 and a near infrared transmission / visible light cut filter (color filter for near infrared light photography) 69 is used. Used.
- FIGS. 5B and 5C are graphs showing the optical characteristics of the filter, respectively.
- 5D and 5E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the solid-state imaging device 200b including another example of other variations of the transmission wavelength setting of each filter.
- the solid-state imaging device 200b uses a combination of a transparent filter (color filter for visible light photography) 67 and a near-infrared transmission / visible light cut filter (color filter for near-infrared light photography) 69.
- 6B and 6C are graphs showing the optical characteristics of the filter, respectively.
- FIGS. 6D and 6E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- the photodiode impurity layer 2 (formed by impure portion injection into the silicon substrate 1) of the visible light pixel is sensitive not only to visible light but also to the near infrared wavelength region.
- an IR cut filter (made of a film that does not transmit light of near infrared wavelength or more) that cuts the wavelength of near infrared wavelength or more (about 800 nm or more) is provided in the imaging optical system.
- the transparent filter 67 that transmits light of all wavelengths, charges that are photoelectrically converted by visible light + near infrared light accumulate in the photodiode impurity layer 2 in the visible light pixel.
- the vein image constructed only with information photoelectrically converted with light of a wavelength of near infrared or more in an image constructed with information of near infrared pixels
- To make a vein stand out by performing a process of subtracting a visible light image (an image constructed from information of visible light pixels, constructed from information photoelectrically converted from light of visible and near infrared wavelengths). Processing may be performed.
- the subtracted visible light image information includes information photoelectrically converted at the near infrared wavelength.
- the visible light image information is photoelectrically converted at the near infrared wavelength or more. It is better not to include such information.
- the visible light pixel can be formed easily and at a lower cost if the transparent light filter 67 is used, particularly when all wavelengths can be transmitted.
- FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the solid-state imaging device 200c including still another example of the variation of the transmission wavelength setting of each filter.
- the solid-state imaging device 200c uses a combination of a visible light transmission / near infrared cut filter (color filter for visible light photography) 68 and a bandpass filter (color filter for near infrared light photography) 70 (transmission at a specific wavelength). ing.
- (B) and (c) of FIG. 7 are graphs showing optical characteristics of the filter, respectively.
- FIGS. 7D and 7E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration of a solid-state imaging device 200d including still another example of variations in transmission wavelength setting of each filter.
- the solid-state imaging device 200d uses a combination of a transparent filter (color filter for visible light photography) 67 and a bandpass filter (color filter for near-infrared light photography) 70 (specific wavelength transmission).
- (B) and (c) of FIG. 8 are graphs showing the optical characteristics of the filter, respectively.
- 8D and 8E are graphs showing the optical characteristics of the pixels, respectively.
- FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of the CMOS solid-state imaging device 600 according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 19A is a diagram illustrating a filter arrangement when the solid-state imaging device 600 is viewed from the light incident side.
- FIG. 19B is a cross-sectional view of the B-B ′ cross section shown in FIG. As shown in FIG.
- the solid-state imaging device 600 includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 101, a photodiode impurity layer (photoelectric conversion region) 102, a high concentration impurity layer 103, a gate electrode 104, a metal wiring 105, A visible light transmission / near infrared cut filter (color filter for visible light photography) 106, a near infrared transmission / visible light cut filter (color filter for near infrared light photography) 107, and a condensing microlens 108.
- a visible light transmission / near infrared cut filter color filter for visible light photography
- a near infrared transmission / visible light cut filter color filter for near infrared light photography
- the silicon substrate 101 is a semiconductor substrate having one conductivity based on silicon.
- one conductivity is either p-type conductivity or n-type conductivity.
- Photodiode impurity layer 102 high-concentration impurity layer 103 Inside the silicon substrate 101, a plurality of photodiode impurity layers 102, which are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, and a plurality of high-concentration impurity layers, which are regions to which the generated charges are transferred 103 is formed.
- each of the plurality of visible light transmission / near-infrared cut filters 106 and the same number of near-infrared transmission / visible light cut filters 107 are included in the plurality of photodiode impurity layers 102. Corresponding to each, they are two-dimensionally distributed and arranged. For this reason, when acquiring information on all pixels of a visible light image, information on pixels (hereinafter referred to as “near infrared light pixels”) associated with a specific near infrared transmission / visible light cut filter 108 is used.
- visible light pixels information associated with the visible light transmission / near infrared cut filter 106 distributed in the vicinity thereof.
- the information about the specific visible light image may be supplemented using information about the infrared light pixels arranged in the vicinity thereof. It becomes possible. As described above, the image processing can be simplified, and both the visible light image and the near infrared light image can be simultaneously acquired.
- each of the visible light transmission / near infrared cut filter 106 and the near infrared transmission / visible light cut filter 107 is formed on the photodiode impurity layer 102.
- the condensing microlenses 108 are arranged alternately (for example, in a checkered pattern).
- information on a specific visible light pixel may be supplemented using information on infrared light pixels arranged on the top, bottom, left, and right of the pixel. It becomes possible. Therefore, compared to a configuration in which the color filter for visible light photography and the color filter for near infrared light photography are not arranged alternately, the information of all pixels of the visible light image or the near infrared light image is obtained.
- the image processing for obtaining can be simplified.
- FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method (or material / structure) for forming the solid-state imaging device 300 according to Embodiment 2 of the present invention.
- This figure shows the case where an organic material such as acrylic or the like is mixed only with an organic material mixed with a pigment or dye having a characteristic of absorbing light of a specific wavelength and a photosensitive material for patterning.
- an organic material such as acrylic or the like
- a pigment or dye having a characteristic of absorbing light of a specific wavelength and a photosensitive material for patterning.
- a filter only acrylic materials and photosensitive materials are shown.
- both a visible light filter (color filter for photographing visible light) 88 and a near infrared light filter (color filter for photographing near infrared light) 89 are both organic filters (organic films).
- 2 shows an example in which a film in which a material that absorbs light of a specific wavelength is mixed is used.
- an organic filter as described above, a pigment or dye material that absorbs a specific wavelength in an organic material and a photosensitive material for pattern formation are generally used.
- the filter can be formed in a relatively simple process because it can be formed by spin coating, pattern formation (pattern exposure), and development. However, if the ground irregularities previously formed are large, spin coating can be performed. There is a demerit that unevenness is likely to occur.
- FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method (or material / structure) for forming a solid-state imaging device 400 according to Embodiment 3 of the present invention.
- a visible light filter (visible light color filter) 90 and a near infrared light filter (near infrared light color filter) 91 are both inorganic filters (inorganic films).
- the laminated structure is formed of a film that reflects light of a specific wavelength.
- an inorganic filter it can be formed in the normal first half of the semiconductor manufacturing process, but because it has a laminated structure of about 10 thin films, its film formation / etching process is difficult. There is a demerit that the unevenness of the element becomes very large.
- FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a method (or material / structure) for forming a solid-state imaging device 500 according to Embodiment 4 of the present invention.
- a visible light filter (color filter for visible light photography) 88 and a near infrared light filter (color filter for near infrared light photography) 89 are respectively replaced with organic filters (organic films).
- a filter for visible light color filter for photographing visible light
- a filter for near infrared light color filter for photographing near infrared light
- inorganic filters stacked structure of inorganic films.
- a film that reflects light having a wavelength of 2 stacked structure of inorganic films.
- FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining a method (or material / structure) for forming a solid-state imaging device 700 according to Embodiment 5 of the present invention.
- a visible light filter (color filter for visible light photography) 110 and a near infrared light filter (color filter for near infrared light photography) 111 are respectively replaced with organic filters (organic films). And at least a material mixed with a material that absorbs light of a specific wavelength.
- each of the visible light filter (visible light color filter) 112 and the near infrared light filter (near infrared light color filter) 113 is also an organic filter (at least an organic film). It is composed of a film mixed with a material that absorbs light of a specific wavelength.
- FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining a method (or material / structure) for forming a solid-state imaging device 800 according to Embodiment 6 of the present invention.
- a visible light filter (color filter for visible light photography) 120 and a near infrared light filter (color filter for near infrared light photography) 121 are each made of an inorganic filter (inorganic film).
- the layer structure is composed of a film that reflects light of a specific wavelength.
- each of the visible light filter (visible light color filter) 122 and the near-infrared light filter (near-infrared light color filter) 123 has an inorganic filter (laminated structure of inorganic films), respectively.
- an inorganic filter laminated structure of inorganic films
- the target spectrum can be obtained with a single-layer structure of an organic filter that can be easily formed. It is preferable to make the structure complicated to a hybrid structure of an inorganic filter and an inorganic filter (however, the above-mentioned problem of unevenness during spin coating can be improved to some extent).
- a solid-state imaging device is a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion regions, which are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, are provided on a semiconductor substrate, A configuration in which each of the color filters for light photography and the same number of color filters for near-infrared light photography are two-dimensionally distributed in association with each of the plurality of photoelectric conversion regions. It is.
- each of the plurality of visible light photographing color filters and the same number of near infrared light photographing color filters are associated with each of the plurality of photoelectric conversion regions in a two-dimensional manner. It is distributed and arranged. For this reason, when acquiring information on all pixels of a visible light image, information on pixels associated with a specific color filter for near-infrared light imaging (hereinafter referred to as “near-infrared light pixels”) It is possible to complement by using information of pixels (hereinafter referred to as “visible light pixels”) associated with visible light photographing color filters arranged in the vicinity thereof.
- information on a specific visible light pixel may be supplemented using information on infrared light pixels arranged in the vicinity thereof. It becomes possible. As described above, the image processing can be simplified, and both the visible light image and the near infrared light image can be simultaneously acquired.
- the visible color photographing color filter and the near infrared color photographing color filter are alternately arranged.
- the visible color photographing color filter and the near infrared color photographing color filter are alternately arranged.
- the visible color photographing color filter and the near infrared color photographing color filter are alternately arranged.
- the visible color photographing color filter and the near infrared color photographing color filter are alternately arranged.
- the visible color photographing color filter and the near infrared color photographing color filter are alternately arranged.
- information on a specific near-infrared light pixel is supplemented using information on visible light pixels arranged above, below, left, and right of the pixel. It becomes possible to do.
- information on a specific visible light pixel may be supplemented using information on infrared light pixels arranged on the top, bottom, left, and right of the pixel. It becomes possible.
- the information of all pixels of the visible light image or the near infrared light image is obtained.
- the image processing for obtaining can be simplified.
- the color filter for visible light imaging may be formed of a film that transmits light of all wavelengths. According to the said structure, manufacture is easy and cost reduction is realizable.
- the color filter for visible light imaging may be formed of a film that does not transmit light having a near infrared wavelength or more. According to the above configuration, the visible light image information can be prevented from including information photoelectrically converted in the near-infrared wavelength or more, so that, for example, when performing vein image shooting, the vein image is more prominent. It becomes possible.
- the solid-state imaging device is the solid-state imaging device according to any one of Aspects 1 to 4, wherein the color filter for photographing near infrared light does not transmit light having a wavelength shorter than the near infrared wavelength. It may consist of. According to the above configuration, since it is possible to prevent the infrared light image information from containing photoelectrically converted information that is shorter than the near-infrared wavelength, for example, when performing vein image capturing, a more vein image Can be made to stand out.
- the color filter for near-infrared light photography is composed of a film that transmits only light of a specific wavelength. May be. According to the above configuration, by appropriately setting the wavelength of light to be transmitted, a solid-state imaging device suitable for, for example, growing conditions of plants and fruits, food spoilage inspection, spot detection on human skin, and the like is realized. be able to.
- the solid-state imaging device may be any of the above-described aspects 1 to 6, wherein the solid-state imaging element may be an element capable of simultaneously reading all pixels. According to the above configuration, it is possible to perform image processing for obtaining information on all pixels of a visible light image or a near-infrared light image more easily and at a higher speed.
- the solid-state imaging device is the above-described solid-state imaging device according to aspect 2, wherein the solid-state imaging device is adjacent to a pixel associated with the color filter for near-infrared light imaging.
- the pixel information of the pixels associated with the near-infrared color filter is complemented with visible light. It is also possible to use an element capable of obtaining all pixel information according to the above. According to the above configuration, it is possible to perform image processing for obtaining information on all pixels of a visible light image with higher accuracy.
- the solid-state imaging device in the above-described aspect 2, is used for the near-infrared light photographing adjacent to the pixel associated with the visible light photographing color filter.
- the pixel information of the pixels associated with the visible light color filter is complemented to obtain near-infrared light. It is also possible to use an element capable of obtaining all pixel information according to the above. According to the above configuration, it is possible to perform image processing for obtaining information on all pixels of the near-infrared light image with higher accuracy.
- each of the color filter for visible light photography and the color filter for near-infrared light photography is at least specified as an organic film. It may be composed of a film mixed with a material that absorbs light having a wavelength of. According to the above configuration, the filter can be formed in a relatively simple process because it can be formed in each step of spin coating on the element (wafer), pattern formation (pattern exposure), and development.
- the solid-state imaging device is the above-described aspect 1 or 2, wherein each of the visible light photographing color filter and the near-infrared light photographing color filter is a laminated structure of inorganic films. Therefore, it may be composed of a film that reflects light of a specific wavelength. According to the above configuration, the filter can be formed during the normal first half process of semiconductor manufacturing.
- each of the color filter for visible light photography and the color filter for near-infrared light photography is an organic film.
- Two layers in which a film mixed with at least a material that absorbs light of a specific wavelength and a film that reflects light of a specific wavelength by a laminated structure of inorganic films are combined using only one or both films You may be comprised with the above film
- each of the color filter for visible light photography and the color filter for near-infrared light photography is an organic film. Further, it may be configured by a laminated structure of two or more layers in which a material that absorbs light of a specific wavelength is mixed. According to the above configuration, it is possible to form a filter that can obtain desired spectral characteristics.
- the solid-state imaging device manufacturing method is the above-described aspect 1 or 2, wherein each of the visible light photographing color filter and the infrared light photographing color filter is an inorganic film.
- a solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion regions provided over a one-conductivity-type semiconductor substrate, and a unit that outputs photoelectrically converted charges to the outside as an electrical signal.
- a color filter for visible light photography and a color filter for near-infrared light photography may be arranged in a checkered pattern (staggered pattern).
- the solid-state image sensor according to another aspect of the present invention may be capable of reading all pixels instead of reading by interlace.
- the solid-state image sensor according to still another aspect of the present invention calculates the solid-state image sensor from visible light pixel information and near-infrared light pixel information from four adjacent upper, lower, left, and right pixels. Thus, all pixel information may be obtained by complementing it as visible light pixel information and near-infrared light pixel information.
- the present invention can be used in a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion regions, which are regions that generate charges by photoelectrically converting received light, are provided on a semiconductor substrate.
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Abstract
複数の可視光透過・近赤外カットフィルター（８）、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター（９）のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層（２）のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。
Description
本発明は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子に関する。
従来の可視光撮影と近赤外光撮影とを両方行うことができる固体撮像素子については特許文献１に示されるような素子が提案されていた。従来の固体撮像素子は、図１４の（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像素子１０００のように、従来の原色フィルター配列〔Ｇ（緑）画素用フィルター２画素分１００８Ｇ、Ｂ（青）画素用フィルター１画素分１００８Ｂ、Ｒ（赤）画素用フィルター１画素分１００８Ｒを市松模様状に配列〕のＧ画素用フィルターの１つを近赤外光用フィルター（ＩＲ）１００９に代えたものがあった。また、図１５の（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像素子２０００のように、従来の補色フィルター配列（８画素）２００８Ｍ，２００８Ｃ，２００８Ｙ，２００８Ｇの縦１列全てが近赤外光用フィルター（ＩＲ）２００９となったものもあった。
これらの原色・補色フィルターに近赤外光用フィルターを加えた固体撮像素子において、可視光画像および近赤外光画像を取得する撮像システムの例について図１６を用いて簡単に説明する。従来の素子にて可視光画像を撮影する場合には、可視光光源１２００（近赤外波長も含まれるので通常光源と表現した方が適切かもしれない）から撮影対象物に光を照射し、その画像を従来の固体撮像素子１０００または２０００で撮影した素子から出力される、Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれの出力信号には、近赤外域の波長で光電変換された情報も含まれることになる（従来のフォトダイオードおよびＲ・Ｇ・Ｂフィルターでは近赤外波長域の感度も持っていることから）。このため、従来は、近赤外波長域の光のみを透過するフィルターを設けた画素であるＩＲ画素の情報をＲ・Ｇ・Ｂ出力の情報から差し引く処理を行って画像構築を行っていた。
一方、近赤外光画像を取得する場合、近赤外光光源１１００から撮影対象物に近赤外光を照射し、固体撮像素子１０００または２０００の全画素で撮影を行い、画像構築を行う（前述のように、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素においても近赤外波長域の感度を持つことから）。図１５の（ａ）に示す補色系フィルターの場合についても、フィルター配列とそれぞれの画素数が異なるのみで同様の画像構築方法であるのでここでは説明を省略する。以上のような方法で画像取得を行っていたために、可視光画像を取得する場合、原色は３/４画素の、補色は２/３画素の情報を用いて画像を構築し、近赤外光画像の取得は全画素の情報を用いて画像構築を行っていることが分かる。
なお、補足説明として従来の可視光のみで用いる固体撮像素子の場合には、撮像素子チップと撮像光学系との間などにＩＲ（赤外）カットフィルターが設けられるため、上記のような近赤外領域光での光電変換は気にしなくて良いようになっている。また、図１４または図１５に示すような固体撮像素子１０００または２０００を用いず、通常の固体撮像素子を用いて近赤外光画像の取得もできる撮像システムが過去から提案されていた。
また、図１７に示すような、可視光用の固体撮像素子４０００および近赤外光用の固体撮像素子３０００の２つの撮像素子を設けた撮像システムで、可視光画像取得には光学系にＩＲカットフィルター４００９を設けた素子、近赤外光画像取得には光学系にバンドパスフィルター３００８（特定ＩＲ波長の光のみを透過）を設けた素子で撮影するものも提案されている。また、図１８に示す例では、固体撮像素子５０００は１つであるが、その撮影光学系にフィルター切り換え機構を設け、ＩＲカットフィルター４００９やバンドパスフィルター３００８を切り替えて撮影できるようにしたものも提案されている。
また、その他、特許文献２に開示された技術のように、光源装置から撮影対象へ光を照射する光学系に、ＩＲカットフィルターやバンドパスフィルターを切り替える機構を設けたものなども提案されている。
これらのような撮像システムを用いて、例えば、人体を近赤外光で撮像を行った場合には、特許文献１にも記されているように、血管（血液）中のヘモグロビンとそれ以外の人体組織の近赤外光の吸収・反射特性が異なるために撮影した人体の血管パターン情報を得ることができる。また、可視光撮影画像については、例えば、手のひらを撮影した場合には各人の掌紋（手相）パターンを得ることができ、静脈（動脈）認証と合わせて使用することで、個人特定の精度を高めることができる。また、近赤外光撮影は完全に血管だけを撮影することはできず、周辺の組織などの情報もある程度含まれてしまうことになる。これらのことを軽減するために近赤外光で撮影した画像と、可視光で撮影した画像と、を画像処理行って、血管情報のみを際立たせる処理を行う場合もある。
ここで、図１７および図１８に示す撮像システムや、特許文献２に開示された撮像システムで実現する場合、固体撮像素子および光学系を２系統用意する必要があったり、あるいはフィルター切り換えのためのメカニカル機構と使用しないフィルターの退避スペース等が必要になったりする。この場合、携帯電話用カメラシステムのような小型化は不可能であるし、コスト面でも非常に不利なものであると言える。
以上のようなことから、図１４または図１５に示す固体撮像素子１０００または２０００、ならびに図１６に示す従来例の固体撮像素子１０００または２０００を用いた撮像システムで１系統の光学系と固体撮像素子とで、可視光画像と近赤外光画像との両方を撮像できるシステムが提案されている。しかしながら、図１６に示す従来例の固体撮像素子１０００または２０００を用いた撮像システムでは、可視光画像を取得する場合には、全画素の情報のうちＩＲ画素の情報を差し引いて画像を構築し、近赤外光画像を取得する場合には、全画素の情報を用いて画像を構築する必要があるために、図２３の（ａ）～（ｅ）および図２４の（ａ）～（ｅ）に示す比較図や、図２５の（ａ）～（ｅ）および図２６の（ａ）～（ｅ）に示す比較図のように可視光画像と近赤外光画像との両方を同時に取得することはできなかった。図２３の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、１３０万画素全読み出しＣＣＤ撮像素子（有効画素数：水平１２８０画素×垂直９６０画素）にて、可視光を照射して撮像を行う際の動作の流れを示し、図２４の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、近赤外光を照射して撮像を行う際の動作の流れを示している。一方、図２５の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、ＩＲカットフィルターを入れて撮像を行う際の動作の流れを示し、図２６の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、可視光カットフィルター（可視光カット、赤外透過）を入れて撮像を行う際の動作の流れを示している。
また、静脈（動脈）の認証画像においては、近赤外光撮影画像から可視光撮影画像の情報を差し引くような処理を行って撮影対象の血管情報のみを際立たせた方がより正確な認証処理が可能となってくる。しかしながら、従来例の固体撮像素子１０００または２０００で取得した、可視光画像については３/４画素（補色の場合は２/３画素）の情報から造られたものであり、また可視光画像自体が近赤外光画像との処理で造られたものであるために、静脈（動脈）認証のための画像加工処理が非常に複雑なものになってしまうという問題を持っていた。
本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであって、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる固体撮像素子などを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができるという効果を奏する。
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
本発明の実施の形態について図１～図１３に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００の構成を説明するための図である。図１の（ａ）は、固体撮像素子１００を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図である。また、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＡ－Ａ’断面の断面図である。
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００の構成を説明するための図である。図１の（ａ）は、固体撮像素子１００を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図である。また、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＡ－Ａ’断面の断面図である。
図２は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００を含む撮像システムの概要構成を示す模式図である。同図に示すように、本実施形態の撮像システムは、固体撮像素子１００、近赤外光光源１０１、および可視光光源１０２を含む。また、本実施形態の撮像システムは、近赤外光光源１０１から近赤外光を、可視光光源１０２から可視光を、撮像対象（例えば、手）に対して同時に照射することによって、可視光画像と近赤外光画像とを同時に出力することが可能になっている。
固体撮像素子１００は、インターレース読み出しでは無く、図２７の（ａ）～（ｅ）に示すように全画素読み出し可能な撮像素子〔ＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide semiconductor）型撮像素子やＣＣＤ（Charge-coupled device）の場合には全画素読み出しタイプのＣＣＤ〕としての機能を有している。図２７の（ａ）～（ｅ）は、それぞれ、１３０万画素全読み出しＣＣＤ撮像素子（有効画素数：水平１２８０画素×垂直９６０画素）にて、可視光と近赤外光との両方を照射して撮影する際の動作を示している。これにより図２３の（ａ）～（ｅ）および図２４の（ａ）～（ｅ）に示す比較図、ならびに、図２５の（ａ）～（ｅ）および図２６の（ａ）～（ｅ）に示す比較図よりも、後述するように、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単かつより高速に行うことができる。また、固体撮像素子１００は、主として生体認証用として用いられ、高速で高精度であって簡便に生体認証用撮影システムを構築できるものとなっている。
次に、図１の（ｂ）に示すように、固体撮像素子１００は、シリコン基板（半導体基板）１、フォトダイオード不純物層（光電変換領域）２、電荷転送部不純物層３、ゲート電極４、遮光膜５、シリコン絶縁膜６、平坦化膜７、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）８、近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９、および集光用マイクロレンズ１０を備える。なお、ゲート電極４、遮光膜５、シリコン絶縁膜６、平坦化膜７および集光用マイクロレンズ１０の各構成については、本発明の本質とはあまり関係がないので、ここでは説明を省略する。
（シリコン基板１）
シリコン基板１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
シリコン基板１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
（フォトダイオード不純物層２、電荷転送部不純物層３）
シリコン基板１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層２、および、生成された電荷が転送される領域である複数の電荷転送部不純物層３が形成されている。
シリコン基板１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層２、および、生成された電荷が転送される領域である複数の電荷転送部不純物層３が形成されている。
（可視光透過・近赤外カットフィルター８、近赤外透過・可視光カットフィルター９）
本実施形態の固体撮像素子１００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター８、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター９のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている（全画素数は、約１３０万画素）。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター９に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター８に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
本実施形態の固体撮像素子１００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター８、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター９のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている（全画素数は、約１３０万画素）。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター９に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター８に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
より具体的には、図１の（ａ）に示すように、可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９のそれぞれは、フォトダイオード不純物層２上で集光用マイクロレンズ１０との間の部分において、互い違いに（例えば、市松模様状）に配置されている。これにより、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
本実施形態においては、可視光透過・近赤外カットフィルター８をＩＲ（赤外）カットフィルター（例えば波長７００ｎｍ以上の光をカット）、近赤外透過・可視光カットフィルター９を可視光カットフィルター（例えば７００ｎｍより短い波長の光をカット）とした例について記載している。
（画像処理加工について）
図３は、本発明を、全画素読み出しタイプの総画素数１３０万画素ＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の出力信号の処理例を示す。上述した形態においては可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９を互い違い（例えば、市松模様状）に配置したものであるので、ＣＣＤの出力は出力回路部に近い画素から可視光画素情報と近赤外光情報とが交互に出力されることになる。可視光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、近赤外光画素であった情報については、その上下左右４画素の可視光画素情報から計算して可視光画素情報として補完する。ここで、「可視光画素情報」とは、可視光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「近赤外光画素であった情報」とは、近赤外光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の可視光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。近赤外光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、可視光画素であった情報については、その上下左右４画素の近赤外光画素の情報から計算して近赤外光画素情報として補完する。以上のような処理を行うことで、比較的簡単な画素の情報処理で、可視光１３０万画素、近赤外光１３０万画素の画像を得ることができる。ここで、「近赤外光画素情報」とは、近赤外光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「可視光画素であった情報」とは、可視光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の近赤外光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。
図３は、本発明を、全画素読み出しタイプの総画素数１３０万画素ＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の出力信号の処理例を示す。上述した形態においては可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９を互い違い（例えば、市松模様状）に配置したものであるので、ＣＣＤの出力は出力回路部に近い画素から可視光画素情報と近赤外光情報とが交互に出力されることになる。可視光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、近赤外光画素であった情報については、その上下左右４画素の可視光画素情報から計算して可視光画素情報として補完する。ここで、「可視光画素情報」とは、可視光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「近赤外光画素であった情報」とは、近赤外光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の可視光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。近赤外光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、可視光画素であった情報については、その上下左右４画素の近赤外光画素の情報から計算して近赤外光画素情報として補完する。以上のような処理を行うことで、比較的簡単な画素の情報処理で、可視光１３０万画素、近赤外光１３０万画素の画像を得ることができる。ここで、「近赤外光画素情報」とは、近赤外光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「可視光画素であった情報」とは、可視光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の近赤外光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。
より具体的な処理としては、近赤外光画素に隣接する複数の可視光画素から取得される画素情報を用いて、近赤外光画素の画素情報を補完することで可視光に係る全画素情報を得るようにする。例えば、図３に示す例では、近赤外光画素の上下左右に隣接する可視光画像の平均値を用いて上記近赤外光画素の画素情報を補完している。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
また、同様に、可視光画素に隣接する複数の近赤外光画素から取得される画素情報を用いて、可視光画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得るようにする。例えば、図３に示す例では、可視光画素の上下左右に隣接する近赤外光画像の平均値を用いて可視光画素の画素情報を補完している。これにより、近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
（フィルター配列の変形例）
次に、図４の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の各フィルターの配置方法の変形例を示す図である。可視光用画素および近赤外光用画素のそれぞれの数は総画素数の半分ずつを配置すればその配置に特に制限はないため、これらの図に示すような配置方法を採用しても良い。
次に、図４の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の各フィルターの配置方法の変形例を示す図である。可視光用画素および近赤外光用画素のそれぞれの数は総画素数の半分ずつを配置すればその配置に特に制限はないため、これらの図に示すような配置方法を採用しても良い。
（市松模様状の配列のメリット）
但し、上述した可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の市松模様状の配列には、以下のメリットがある。
但し、上述した可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の市松模様状の配列には、以下のメリットがある。
（１）可視光画像と近赤外光画像とは真に光電変換で得られる画素数は総画素数（例えば、１３０万画素）の半分の画素数になる。可視光画像および近赤外光画像のそれぞれで１３０万画素の画像を得るには、可視光画像の場合は近赤外光画素部分の情報を補う必要がある。よって、補完したい画素（この場合近赤外光画素）の上下左右の可視光画素の情報から計算で算出することになる。このようなことから、図４の（ａ）および（ｂ）に示すようなフィルター配列の場合、全ての画素情報を同じ計算で処理することができなくなり、画像構築処理がより複雑になってしまう。なお、市松模様状の配列でも画素エリア最外周の画素情報構築は異なる計算となる。
（２）製造プロセス的な面として、本実施形態の固体撮像素子１００の場合、特に製造されるフィルターがかなり厚いものになる可能性が高く、特に近赤外画素ではフィルターが厚く、可視光画素ではフィルターが薄い、というようなフィルターを形成する際に、素子にかなりの凹凸ができてしまう可能性がある。素子構造のばらつき（凹凸）は後のプロセスでのムラの原因となり、撮影時にその撮影画像にもムラとなってあらわれてしまうことがあることから素子構造の凹凸バラツキはできるだけ抑えることが好ましい。図４の（ａ）および（ｂ）に示すようなフィルター配列の場合、画素エリア全体から見ると、近赤外画素の多い所、少ない所、可視光画素の多い所、少ない所ができてしまうことから、構造ムラ発生の原因となる可能性がある。本実施形態の固体撮像素子１００のように、可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９を市松模様状に配列することで、画素エリア全体から見てもどの場所でも同じ配列となるため、下地の凹凸を最小限に抑えることができる。
（３）可視光画素数と近赤外光画素数とは、それぞれ総画素数の半分で同数であればよいので縦１列全て可視光画素と縦１列全て近赤外画素とを交互に配置しても良い。但し、このような配列で、例えば可視光画像を構築する場合、近赤外光画素であった縦１列には、真に可視光を光電変換した情報が全く無く、全て計算から得られた情報となってしまうために、解像度的に若干不利になる可能性がある。
（各フィルターの透過波長設定のバリエーションについて）
次に、図５～図８に基づき、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００について、各フィルターの透過波長設定のバリエーションについて説明する。各フィルターの透過波長設定については、撮影・認証システムとの関係で、図５～図８に示すように可視光撮影用の色フィルターとして、可視光透過・近赤外カットフィルターや、透明フィルター（全波長の光を透過）を、赤外光撮影用の色フィルターとして、近赤外透過・可視光カットフィルターやバンドパスフィルター（特定の波長の光のみを透過）を、撮影システムや認証システム、あるいは重視したい撮影対象物などにより選択して組み合わせて構成してもよい。
次に、図５～図８に基づき、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００について、各フィルターの透過波長設定のバリエーションについて説明する。各フィルターの透過波長設定については、撮影・認証システムとの関係で、図５～図８に示すように可視光撮影用の色フィルターとして、可視光透過・近赤外カットフィルターや、透明フィルター（全波長の光を透過）を、赤外光撮影用の色フィルターとして、近赤外透過・可視光カットフィルターやバンドパスフィルター（特定の波長の光のみを透過）を、撮影システムや認証システム、あるいは重視したい撮影対象物などにより選択して組み合わせて構成してもよい。
図５は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションの一例を含む固体撮像素子２００ａの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ａでは、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）６８および近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）６９の組合せを用いている。図５の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図５の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
図６は、各フィルターの透過波長設定の他のバリエーションの他の一例を含む固体撮像素子２００ｂの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｂでは、透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）６７および近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）６９の組合せを用いている。図６の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図６の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
可視光用画素のフォトダイオード不純物層２（シリコン基板１中への不純部注入で形成）は、可視光だけでなく近赤外波長領域にも感度を持つ。通常の固体撮像素子の場合はその撮像光学系に、近赤外以上の波長（８００ｎｍ以上程度）をカットするＩＲカットフィルター（近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成）を設けるので特に問題にはならないが、静脈撮影に用いる場合は近赤外波長以上の光も素子へ入れる必要がでてくる。
全波長の光を透過する透明フィルター６７の場合、その可視光用画素では、可視光＋近赤外光で光電変換された電荷がフォトダイオード不純物層２に溜まる。静脈認証に本実施形態の素子を用いる場合、その静脈撮影画像（近赤外画素の情報で構築された画像で、近赤外以上の波長の光で光電変換された情報のみで構築）から、可視光画像（可視光画素の情報で構築された画像で、可視光波長と近赤外波長以上の光で光電変換された情報で構築）を差し引くような処理を行って静脈を際立たせるような処理を行う場合がある。この場合差し引く可視光画像情報にも近赤外波長で光電変換された情報が含まれてしまうので、より静脈画像を際立たせるには、可視光画像情報には近赤外波長以上で光電変換された情報は含まないようにする方が好ましい。どの程度の認証精度を求めるかなどによっては、可視光画素は特に全波長透過でも良い場合などは、透明フィルター６７を用いる方が、形成が簡単で低コストになる。
図７は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を含む固体撮像素子２００ｃの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｃでは、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）６８およびバンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）７０（特定波長透過）の組合せを用いている。図７の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図７の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
図８は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を含む固体撮像素子２００ｄの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｄでは、透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）６７およびバンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）７０（特定波長透過）の組合せを用いている。図８の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図８の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
上述した形態では固体撮像素子を静脈撮影に用いる場合について記載したが、上述したバンドパスフィルター７０のように特定の波長で撮影された画像を使用する場合については、各種の提案がされている状況にある（例えば、植物・果物の育成状況や、食品の腐敗検査、人間の肌におけるシミ検出等）。そのような用途を考えた場合、その検出波長はよりピーキー（より限定的な波長のみで撮影）するような必要性がでてくる可能性がある。静脈認証においても、より限定的な波長で撮影した方が、認証精度が高まる可能性もある。フィルター特性を限定的な波長にする場合、単層のフィルター形成のみで目的の分光特性を得ることは困難で、図２２に示すように有機系フィルターや無機系フィルターを２層設けたハイブリッドフィルター構造にする必要となってくるからである。なお、これまでＣＣＤについて説明してきたが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子についても同様の構成とすることができる。
図１９は、本発明の実施形態１に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子６００の構成を説明するための図である。図１９の（ａ）は、固体撮像素子６００を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図である。また、図１９の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＢ－Ｂ’断面の断面図である。図１９の（ｂ）に示すように、固体撮像素子６００は、シリコン基板（半導体基板）１０１、フォトダイオード不純物層（光電変換領域）１０２、高濃度不純物層１０３、ゲート電極１０４、メタル配線１０５、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）１０６、近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１０７、および集光用マイクロレンズ１０８を備える。なお、ゲート電極１０４、メタル配線１０５、および集光用マイクロレンズ１０８の構成については、本発明の本質とはあまり関係がないので、ここでは説明を省略する。
（シリコン基板１０１）
シリコン基板１０１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
シリコン基板１０１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
（フォトダイオード不純物層１０２、高濃度不純物層１０３）
シリコン基板１０１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層１０２、および生成された電荷が転送される領域である複数の高濃度不純物層１０３が形成されている。
シリコン基板１０１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層１０２、および生成された電荷が転送される領域である複数の高濃度不純物層１０３が形成されている。
（可視光透過・近赤外カットフィルター１０６、近赤外透過・可視光カットフィルター１０７）
本実施形態の固体撮像素子６００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター１０６、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター１０７のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層１０２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター１０８に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター１０６に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画像の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
本実施形態の固体撮像素子６００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター１０６、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター１０７のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層１０２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター１０８に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター１０６に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画像の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
より具体的には、図１９の（ａ）に示すように、可視光透過・近赤外カットフィルター１０６および近赤外透過・可視光カットフィルター１０７のそれぞれは、フォトダイオード不純物層１０２上で、集光用マイクロレンズ１０８との間の部分において、互い違いに（例えば、市松模様状）に配置されている。これにより、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
〔実施形態２：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その１〕
次に、図９は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子３００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図は、アクリル等の有機系材料中に特定の波長の光を吸収する特性をもった顔料または染料と、パターニングのための感光材料をまぜた有機系材料のみで形成する場合（後述する透明フィルターの場合にはアクリル系材料と感光材料のみ）を示している。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９の両方を有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）とした例を示している。
次に、図９は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子３００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図は、アクリル等の有機系材料中に特定の波長の光を吸収する特性をもった顔料または染料と、パターニングのための感光材料をまぜた有機系材料のみで形成する場合（後述する透明フィルターの場合にはアクリル系材料と感光材料のみ）を示している。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９の両方を有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）とした例を示している。
なお、有機系フィルターの場合、上述したように、有機材料中に特定の波長を吸収する顔料または染料材料と、パターン形成の為の感光材料を入れたものが一般的で、素子（ウェハー）上への回転塗布・パターン形成（パターン露光）・現像の工程で形成できることから、フィルター形成は比較的簡単な工程で行うことができる反面、先に形成した下地凹凸が大きい場合には、回転塗布でのムラが発生し易いというデメリットがある。
〔実施形態３：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その２〕
次に、図１０は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子４００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図に示す例のように、屈折率の異なる材料の薄膜積層構造により特定の波長を反射する特性を持つ無機系材料のみで形成する場合もある。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０よび近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１両方を無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）とした例を示している。但し、無機フィルターの場合は、通常の半導体製造前半プロセス中で形成可能ではあるが、１０層程度の薄膜の積層構造であるために、その成膜・エッチング処理が困難であり、その製造後の素子凹凸も非常に大きくなるというデメリットがある。
次に、図１０は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子４００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図に示す例のように、屈折率の異なる材料の薄膜積層構造により特定の波長を反射する特性を持つ無機系材料のみで形成する場合もある。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０よび近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１両方を無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）とした例を示している。但し、無機フィルターの場合は、通常の半導体製造前半プロセス中で形成可能ではあるが、１０層程度の薄膜の積層構造であるために、その成膜・エッチング処理が困難であり、その製造後の素子凹凸も非常に大きくなるというデメリットがある。
図１２の（ａ）および（ｂ）に、この無機系フィルターを、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層で形成する場合の、積層数と各層の膜厚、その積層構造での、波長毎の光の透過率特性の一例を示す。このように積層膜の屈折率と積層数・膜厚を選択することで、所望の波長の光のみを透過する無機系フィルターを形成することができる。実際にこのような無機系フィルターを形成した電子顕微鏡写真を図１３に示す（なお、同図では、図１２の（ａ）および（ｂ）のシミュレーション結果とは異なる構造膜の例を示す）。
〔実施形態４：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その３〕
次に、図１１は、本発明の実施形態４に係る固体撮像素子５００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜と無機系フィルターの膜を両方用いたハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）構成している。また、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１をそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜と、の両方の膜で構成）で構成している。
次に、図１１は、本発明の実施形態４に係る固体撮像素子５００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜と無機系フィルターの膜を両方用いたハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）構成している。また、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１をそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜と、の両方の膜で構成）で構成している。
〔実施形態５：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その４〕
次に、図２０は、本発明の実施形態５に係る固体撮像素子７００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１１を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。また、更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１３についてもそれぞれ、有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。
次に、図２０は、本発明の実施形態５に係る固体撮像素子７００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１１を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。また、更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１３についてもそれぞれ、有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。
〔実施形態６：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その５〕
次に、図２１は、本発明の実施形態６に係る固体撮像素子８００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した無機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２１を、それぞれ無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。また更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２３についてもそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。
次に、図２１は、本発明の実施形態６に係る固体撮像素子８００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した無機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２１を、それぞれ無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。また更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２３についてもそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。
なお、現実的には形成が簡単な有機系フィルターの１層構造でまず目的の分光が得られるかを検討し、更に分光を絞り込む必要がある場合には、無機系フィルターの１層から、有機系フィルターおよび無機系フィルターのハイブリッド構造へと構造を複雑にしていくことが好ましい（なお、上述した回転塗布時のムラの問題については、ある程度の改善が可能である）。
上述した固体撮像素子１００、２００ａ～ｄ、および３００～５００のいずれかを含む撮像システムを実現することで、簡単（小型）かつ低コストな撮像システムで、高速・高精度な静脈（動脈）認証・掌紋認証システムを構築することができる。加えて、２つの生体情報から個人を認証することでセキュリティ性が向上する。特に静脈情報は目に見えない情報であるので、偽造が困難であり、さらにセキュリティ性を高めることが可能になる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている構成である。
本発明の態様１に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている構成である。
上記構成によれば、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光撮影用の色フィルターに対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
また、本発明の態様２に係る固体撮像素子は、上記態様１において、上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることが好ましい。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
また、本発明の態様３に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、製造が容易で低コスト化を実現することができる。
また、本発明の態様４に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成されていても良い。上記構成によれば、可視光画像情報に近赤外波長以上で光電変換された情報が含まれないようにすることができるため、例えば、静脈画像撮影を行う際に、より静脈画像を際立たせることが可能になる。
また、本発明の態様５に係る固体撮像素子は、上記態様１～４のいずれかにおいて、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていても良い。上記構成によれば、赤外光画像情報に近赤外波長よりも短いで光電変換された情報が含まれないようにすることができるため、例えば、静脈画像撮影を行う際に、より静脈画像を際立たせることが可能になる。
また、本発明の態様６に係る固体撮像素子は、上記態様１～４のいずれかにおいて、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、透過させる光の波長を適切に設定することで、例えば、植物・果物の育成状況や、食品の腐敗検査、人間の肌におけるシミ検出などに好適な固体撮像素子を実現することができる。
また、本発明の態様７に係る固体撮像素子は、上記態様１～６のいずれかにおいて、上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単かつより高速に行うことができる。
また、本発明の態様８に係る固体撮像素子は、上記態様２において、上記固体撮像素子は、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
また、本発明の態様９に係る固体撮像素子は、上記態様２において、上記固体撮像素子は、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
また、本発明の態様１０に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていても良い。上記構成によれば、素子（ウェハー）上への回転塗布、パターン形成（パターン露光）および現像の各工程で形成できることから、フィルター形成を比較的簡単な工程で行うことができる。
また、本発明の態様１１に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、通常の半導体製造前半プロセス中でフィルター形成が可能になる。
また、本発明の態様１２に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
また、本発明の態様１３に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜２層以上の積層構造により構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
また、本発明の態様１４に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜２層以上の積層構造により構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、一導電型の半導体基板上に設けられた複数の光電変換領域と、光電変換された電荷を外部へ電気信号として出力する手段を有する固体撮像素子において、可視光撮影用の色フィルターと近赤外光撮影用の色フィルターが市松模様状（千鳥掛け状）に配置されていても良い。
本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、一導電型の半導体基板上に設けられた複数の光電変換領域と、光電変換された電荷を外部へ電気信号として出力する手段を有する固体撮像素子において、可視光撮影用の色フィルターと近赤外光撮影用の色フィルターが市松模様状（千鳥掛け状）に配置されていても良い。
また、本発明の別の態様に係る固体撮像素子は、上記構成に加えて、上記固体撮像素子は、インターレースによる読み出しでは無く、全画素の読み出しが可能であっても良い。また、本発明のさらに別の態様に係る固体撮像素子は、上記構成に加えて、上記固体撮像素子は、隣接する上下左右の４画素から可視光画素情報及び近赤外光画素情報から計算して可視光画素情報及び近赤外光画素情報として補完して全画素情報を得ることができるようになっていても良い。
〔付記情報〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子に利用することができる。
１ シリコン基板（半導体基板）
２ フォトダイオード不純物層（光電変換領域）
８ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
６７ 透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６８ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６９ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
７０ バンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
８８ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
８９ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
９０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１００ 固体撮像素子
１０６ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１０７ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１２ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１３ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２２ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２３ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
２００ａ～２００ｄ 固体撮像素子
３００～８００ 固体撮像素子
２ フォトダイオード不純物層（光電変換領域）
８ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
６７ 透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６８ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６９ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
７０ バンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
８８ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
８９ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
９０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１００ 固体撮像素子
１０６ 可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１０７ 近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１２ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１３ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２０ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２１ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２２ 可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２３ 近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
２００ａ～２００ｄ 固体撮像素子
３００～８００ 固体撮像素子
Claims (12)
- 受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
- 上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
- 上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
- 上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
- 上記近赤外光撮影用の色フィルターは、特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
- 上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
- 上記固体撮像素子は、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
- 上記固体撮像素子は、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
- 上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
- 上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
- 上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
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Legal Events
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15861887 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |