[发明专利]固体摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体摄像装置的高灵敏度化及包含红外光的彩色化 的技术。

背景技术

近年来，使用了CCD、CMOS等固体摄像装置(以下有时称为“摄 像元件”)的数码相机、数字电影的高功能化、高性能化发展神速。尤其 基于半导体制造技术的进步，使固体摄像装置中像素构造的微细化得以发 展，实现了固体摄像装置的像素及驱动电路的高集成化。因此，区区几年 间，摄像元件的像素数就从100万像素显著地增加到1000万像素。不过， 从另一个角度而言，由于伴随着摄像元件的多像素化，导致一个像素接收 的光的量(光量)降低，所以，引起了相机灵敏度也降低的问题。

在相机灵敏度降低的原因中，除了多像素化之外，色分离用的滤色器 自身也存在原因。由于通常的滤色器将所利用的色成分以外的光吸收，所 以，使得光利用率降低。作为具体的例子，在使用了原色(BEYER)型滤 色器的彩色相机中，由于在摄像元件的各感光部上配置有将有机颜料作为 色素的减色型滤色器，所以，光利用效率十分低。在原色型滤色器中，以 将一个红(R)要素、两个绿(G)要素、一个蓝(B)要素作为基本构成 的排列，按二维方式排列了三种颜色的滤色器。R滤色器使R光透过，吸 收G光、B光。G滤色器使G光透过，吸收R光、B光。B滤色器使B 光透过，吸收R光、G光。即，由于透过各滤色器的光是RGB三种颜色 中的一种颜色，其他的两种颜色被滤色器吸收，所以，被利用的光是入射 到滤色器的可见光的约1/3。

而且，针对相机而言，除了性能之外，在利用方面上还存在各种要求。 最近，在监视用途上，除了要求满足白天监视的功能之外，还存在着在夜 间要利用红外光进行摄像的需求，要求能够由一个相机兼具白天夜间都能 监视的相机功能。

为了解决这样的问题、满足上述的要求，专利文献1中公开了一种在 摄像元件的受光部安装微透镜阵列，来增加受光量的方法。该方法由于使 摄像元件的感光部的开口率降低，所以，是通过微透镜聚光，实质上提高 光开口率的方法，目前，在几乎所有的固体摄像元件中使用。如果使用该 方法，则确实会提高实质的开口率，但不是解决滤色器的光利用率降低的 方法。

因此，作为同时解决该光利用率降低和灵敏度降低的方法，专利文献 2公开了一种将多层膜的滤色器与微透镜组合，形成具有最大限度取入光 的构造的固体摄像装置。该装置组合使用了不吸收光而选择性地使特定波 段的光透过、将其他波段的光反射的多个分色镜。各分色镜只选择必要的 光，将其入射到对应的感光部。图25是具有这样结构的的一例的摄像元 件的剖面图。

根据图25的固体摄像装置可知，入射到聚光微透镜21的光被内透镜 22调整了光束之后，入射到第一分色镜23中。第一分色镜23使红(R) 光透过，但将其他的色光反射。透过了第一分色镜23的光入射到正下方 的感光单元2。被第一分色镜23反射后的光入射到相邻的第二分色镜24。 第二分色镜24反射绿(G)光，使蓝(B)光透过。被第二分色镜24反 射的绿光入射到其正下方的感光单元2。透过了第二分色镜24的蓝光被第 二分色镜25反射，入射到其正下方的感光单元2。

根据图25的摄像元件，入射到聚光微透镜21的可见光未被滤色器吸 收，其RGB各成分被三个感光单元2毫不浪费地检测出。

专利文献3中公开了一种使用微棱镜的固体摄像装置。在该装置中， 通过微棱镜使分色成红、绿、蓝的光入射到各个感光单元。利用这样的固 体摄像装置，滤色器的光完全未被吸收。

这样，在专利文献2、3所公开的固体摄像装置中，其公共点在于： 不使用选择性地使特定波段的光透过的滤色器，取而代之，使用了选择性 地透过/反射特定波段的光的微反射镜、根据波段使入射光向不同的方向分 支的微棱镜。根据作为这样的微反射镜、微棱镜的分光要素来发挥功能的 色分离光学元件，能够大幅提高光的利用率。

但是，在这些固体摄像装置中，需要设置所利用的色分离光学元件的 数量，或进行分光的数量的感光单元。例如，为了检测红、绿、蓝色光， 必须将感光单元的数量增加至3倍。