(57)【要約】【課題】色再現、色解像度を劣化させることなく、可視光の信号と近赤外光の信号の両方を得て、夜間のような暗時の撮像を可能にする。【解決手段】入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子１２と、前記複数の光電変換素子１２のそれぞれの光入射側に設けられたカラーフィルター層１３と、前記各カラーフィルター層１３よりも前記光入射側に形成されていて、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層１４を有する。【選択図】図１
2010123779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれの光入射側に設けられたカラーフィルター層と、
前記各カラーフィルター層よりも前記光入射側に形成されていて、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層を有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記カラーフィルター層は、
赤色に吸収を有するカラーフィルター層と、
青色に吸収を有するカラーフィルター層と、
緑色に吸収を有するカラーフィルター層を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記カラーフィルター層と前記有機光電変換層との間に、前記近赤外光よりも長い波長の光を吸収する光電変換層を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
近赤外光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、
前記各光電変換素子に入射する入射光の入射側に赤色光、緑色光、青色光の３原色のそれぞれに吸収を有する有機光電変換層を有する
固体撮像装置。
【請求項５】
前記有機光電変換層は、
前記各光電変換素子に入射する入射光の入射側に赤色光に吸収を有する赤色有機光電変換層と、
前記各光電変換素子に入射する入射光の入射側に青色光に吸収を有する青色有機光電変換層と、
前記各光電変換素子に入射する入射光の入射側に緑色光に吸収を有する緑色有機光電変換層を有する
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
入射光を集光する結像光学部と、
前記結像光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、
光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、
前記信号処理部は、
明時は、前記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光の信号を基に信号処理をしたカラー画像信号を出力し、
暗時は、前記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外光の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力する
撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、
入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれの光入射側に設けられたカラーフィルター層と、
前記各カラーフィルター層よりも前記光入射側に形成されていて、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層を有する
請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像装置は、
近赤外光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の入射光の入射側に赤色光、緑色光、青色光の３原色のそれぞれに吸収を有する有機光電変換層を有する
請求項６記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体撮像装置は可視波長領域（およそ４００ｎｍ〜７００ｎｍ）だけでなく、更に波長の長い近赤外光まで感度を有しているため、カメラ撮像用として用いる場合に不自然な画像となってしまう。
これを回避するため、通常、カメラレンズ側に可視光よりも波長の長い光をカットするフィルタ（以下、ＩＲカットフィルタという）が挿入されている。
この固体撮像装置の感度特性を利用して、光量の少ない状況では、ＩＲカットフィルタを使用せず、可視光とともに近赤外光も利用することで、明るい画像を生成している。すなわち、明るさに応じて機械的にＩＲカットフィルタが挿入されている状態とされていない状態を作り出す方式が一般的に用いられている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
しかしながら、切り替え機構を有するがゆえに稼動部分も機械精度が要求され、またカメラシステムの小型化が困難で、製造コストを下げられない要因となっている。
【０００３】
ＩＲカットフィルタを使用せずに、光量が多いとき、少ないときに関わらず可視光と近赤外光の信号を使用して画像生成する方式も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。しかしながら、この方式では色再現の劣化が見られる。
【０００４】
一方、可視光の信号と近赤外光の信号を独立して出力する機能を有する固体撮像素子も提案されている（例えば、特許文献６、７参照。）。これを用いることによりＩＲカットフィルタを使用することなく色再現の良いカラー画像を得ることができる。また、夜間などの光量の少ないときは近赤外光の信号も利用することにより明るい画像を得ることが可能である。
しかし、特許文献６の発明では、４種類の分光特性を持つ２次元的に配置された画素アレイを利用している。そのため、可視光の信号と近赤外光の信号を独立して得るために、２次元的に配列された画素アレイ上に配置するカラーフィルターの分光を厳密に規定する必要があった。また、マトリクス演算処理を行う必要があり、容易に実現できるものではない。
また、特許文献６、７の発明では、可視光の信号と近赤外光の信号の両方を得るために、可視光に感度を有する画素に加えて近赤外光に感度を有する画素を配置している。このため、ベイヤー配列などの通常の固体撮像素子のカラーフィルター配列を乱すことになり、画像として輝度や色の解像度が不足してしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００-５９７９８号公報
【特許文献２】特開２０００-２２４４６９号公報
【特許文献３】特開２００４-３３７７１８号公報
【特許文献４】特開２００５-４５５５９号公報
【特許文献５】特開平０６-１６９４６１号公報
【特許文献６】特開２００２-１４２２２８号公報
【特許文献７】特開２００６-１９０９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、可視光に感度を有する画素に加えて近赤外光に感度を有する画素を配置しているため、ベイヤー配列などの通常の固体撮像素子のカラーフィルター配列を乱すことになり、画像として輝度や色の解像度が不足する点である。
【０００７】
本発明は、色再現、色解像度を劣化させることなく、可視光の信号と近赤外光の信号の両方を得て、暗時の撮像を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置（第１固体撮像装置）は、入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子のそれぞれの光入射側に設けられたカラーフィルター層と、前記各カラーフィルター層よりも前記光入射側に形成されていて、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層を有する。
【０００９】
本発明の第１固体撮像装置では、有機光電変換層により近赤外光が光電変換されて近赤外光に対応する信号電荷が得られる。よって、夜間のような暗時においては、光電変換素子からの信号電荷に加えて有機光電変換層からの信号電荷も用いることができるので、高感度化される。また、昼間のような明時においては、ベイヤー配列などの通常の固体撮像素子のカラーフィルター層の配列を乱すことなく、光電変換素子により例えば通常の赤色光、緑色光、青色光の信号電荷が得られる。もしくは補色光の信号電荷が得られる。
【００１０】
本発明の固体撮像装置（第２固体撮像装置）は、近赤外光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子と、前記各光電変換素子に入射する入射光の入射側に赤色光、緑色光、青色光の３原色のそれぞれに吸収を有する有機光電変換層を有する。
【００１１】
本発明の第２固体撮像装置では、光電変換素子により近赤外光が光電変換されて近赤外光に対応する信号電荷が得られる。よって、夜間のような暗時においては、有機光電変換層からの信号電荷に加えて光電変換素子からの信号電荷も用いることができるので、高感度化される。また、昼間のような明時においては、有機光電変換層により例えば通常の赤色光、緑色光、青色光の信号電荷が得られる。
【００１２】
本発明の撮像装置は、入射光を集光する結像光学部と、前記結像光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、前記信号処理部は、明時は、前記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光の信号を基に信号処理をしたカラー画像信号を出力し、暗時は、前記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外光の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力する。
【００１３】
本発明の撮像装置では、可視光の信号と近赤外光の信号を独立して出力する。しかも、昼間のような明時においては、前記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光の信号を基に信号処理をしたカラー画像信号を出力することから、色再現、色解像度を劣化させない。また、夜間のような暗時においては、固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外領域の波長の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力することから、高感度な出力信号が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、ＩＲカットフィルタを用いることなく、通常の固体撮像素子のカラーフィルター層の配列を乱すことなく、高感度な出力信号が得られるので、明時において色再現、色解像度を劣化させることなく、暗時においても撮像が可能になる。
【００１５】
本発明の撮像装置は、暗時において、固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外光の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力することから、高感度化されるので、夜間の撮影が容易になる。また、明時においては、色再現、色解像度を劣化させることなく、カラー画像を撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
１．第１の実施の形態（第１固体撮像装置の基本構成の第１例、第１固体撮像装置の変形例）。
２．第２の実施の形態（第１固体撮像装置の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例）
３．第３の実施の形態（第２固体撮像装置の基本構成の第２例）。
４．第４の実施の形態（第２固体撮像装置の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例）
５．第５の実施の形態（撮像装置の基本構成の一例）。
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［第１固体撮像装置の基本構成の第１例］
本発明の第１実施の形態に係る第１固体撮像装置の基本構成の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００１８】
図１に示すように、半導体基板１１に、入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子１２（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）が形成されている。各光電変換素子１２は、例えばフォトダイオードで構成されている。上記半導体基板１１には、例えばシリコン基板が用いられている。もしくは、ＳＯＩ基板や、ＳＯＩ基板のシリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成した基板が用いられている。
上記各光電変換素子１２のそれぞれの光入射側には、カラーフィルター層１３が形成されている。
例えば、光電変換素子１２（１２Ｒ）には、赤色光を吸収するカラーフィルター層１３（赤色カラーフィルター層１３Ｒ）が形成されている。また、光電変換素子１２（緑色カラーフィルター層１２Ｇ）には、緑色光を吸収するカラーフィルター層１３（緑色カラーフィルター層１３Ｇ）が形成されている。さらに、光電変換素子１２（１２Ｂ）には、青色光を吸収するカラーフィルター層１３（青色カラーフィルター層１３Ｂ）が形成されている。
上記各カラーフィルター層１３よりも上記光入射側には、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層１４が形成されている。上記近赤外光とは、波長が例えば７７０ｎｍよりも長く２．５μｍ以下の光をいう。
上記有機光電変換層１４に用いる近赤外光を吸収する色素は、例えば、キノイド系金属錯体色素、シアニン系色素、インモニウム系色素、ジインモニウム系色素、トリアリルメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、スクアリリウム系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、アントラキノン系色素、ニッケル−ジチオール錯体系色素などを、必要な分光特性や出力感度特性に応じて用いることができる。
このように、第１固体撮像装置１は構成されている。
【００１９】
［第１固体撮像装置の変形例］
また、図２に示すように、上記カラーフィルター層１３と上記有機光電変換層１４との間に、上記近赤外光の波長よりも長い波長の光を吸収する光電変換層１５が形成されていてもよい。
【００２０】
一般的に、シリコン基板は近赤外光を吸収し、またカラーフィルターは近赤外光に吸収を持つものが非常に少ない。
【００２１】
次に、一般的な固体撮像装置の分光感度特性の一例を図３によって説明する。図３は、縦軸に分光相対感度を示し、横軸に波長を示す。
図３に示すように、例えば、２０％以上に感度を有する波長領域は以下のようになっている。
赤色カラーフィルター層を有する固体撮像素子は、５７０ｎｍ〜８７０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｒ）を有している。
緑色カラーフィルター層を有する固体撮像素子は、４６０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長領域の光と７５０ｎｍ〜８６０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｇ）を有している。
青色カラーフィルター層を有する固体撮像素子は、３８０ｎｍ〜５２０ｎｍ程度の波長領域の光と７９０ｎｍ〜８８０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｂ）を有している。
上記のように、近赤外光にも感度を有している。
【００２２】
このように、従来の各カラーフィルター層を有する固体撮像素子は、近赤外光にも分光感度を有している。
このため、従来のカラーフィルター層を用いた固体撮像装置をカメラ撮像用の固体撮像装置として用いる場合、不自然な画像となってしまう。
そこで、ＩＲカットフィルターをカラーフィルターの入射光側に挿入することで、各カラーフィルター層に入射する入射光から近赤外光をカットしていた。
【００２３】
次に、上記第１固体撮像装置１における各カラーフィルター層１３を設けた固体撮像素子１２の分光相対感度特性の一例を図４によって説明する。図４は、縦軸に分光相対感度を示し、横軸に波長を示す。
図４に示すように、例えば、２０％以上に感度を有する波長領域は以下のようになっている。
赤色カラーフィルター層１３Ｒを有する固体撮像素子１２（１２Ｒ）は、５７０ｎｍ〜６６０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｒ）を有している。
緑色カラーフィルター層１３Ｇを有する固体撮像素子１２（１２Ｇ）は、４６０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｇ）を有している。
青色カラーフィルター層１３Ｂを有する固体撮像素子１２（１２Ｂ）は、３８０ｎｍ〜５２０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｂ）を有している。
また、上記近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層１４は、６８０ｎｍ〜８６０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｉ）を有している。
したがって、有機光電変換層１４は６８０ｎｍ〜８６０ｎｍ程度の波長領域の光を吸収し、それよりも短い波長の光は透過する。
このため、カラーフィルター層１３には、可視光以下の波長の光が入射されることになる。
よって、各光電変換素子１２には、各カラーフィルター１３によって分光された可視光が到達することとなり、各カラーフィルター１３に対応する光電変換素子１２からは、前記図４の実線に示すような可視光の分光感度の出力を得ることができる。
【００２４】
一方、第１固体撮像装置１における各カラーフィルター層１３を有する固体撮像素子１２は、その分光感度特性が近赤外光に感度を示していない。その理由は、上記有機光電変換層１４にて近赤外域の波長の光が吸収されているためである。
したがって、カラーフィルター層１３には、近赤外領域の光が入射されていない。
【００２５】
また、上記説明したように、有機光電変換層１４は６８０ｎｍ〜８６０ｎｍ程度の波長領域の光に感度を有する。
よって、上記各光電変換素子１２では可視光の信号を出力し、上記有機光電変換層１４では近赤外光の信号を出力することができる。
要するに、上記第１固体撮像装置１は、可視光の波長領域の信号と近赤外光の波長領域の信号を独立して出力する機能を有している。
【００２６】
また、光電変換層１５が形成されている構成では、有機光電変換層１４で吸収できていない赤外光（例えば波長が２．５μｍ以上１０μｍ以下程度の光）を、光電変換層１５が吸収する。
このため、カラーフィルター層１３に赤外光が入射されなくなる。
よって、たとえカラーフィルター層１３が赤外光にも感度を有していたとしても、赤外光が入射されないので、光電変換素子１２では、赤外光に感度を示さない。
【００２７】
上記第１固体撮像装置１では、一例として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の原色タイプのカラーフィルターを使用して説明したが、カラーフィルターとしては、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）の補色タイプやその他組み合わせのカラーフィルターを用いていても構わない。
【００２８】
また、前記図１は、簡易的に光電変換部（フォトダイオード）しか示していない。しかしながら、この光電変換部（フォトダイオード）で光電変換された信号電荷を読み出す方法としては、ＣＣＤイメージセンサのような電荷転送方式、ＣＭＯＳイメージセンサのような各画素に読み出しゲートを備える方式、等、光電変換部からの信号電荷の読み出し方式は問わない。
【００２９】
＜２．第２の実施の形態＞
［第１固体撮像装置１の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例］
次に、上記第１固体撮像装置１の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例を、図５の概略構成断面図によって説明する。
【００３０】
図５に示すように、半導体基板１１に、入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子１２（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）が形成されている。各光電変換素子１２は、例えばフォトダイオードで構成されている。上記半導体基板１１には、例えばシリコン基板が用いられている。もしくは、ＳＯＩ基板や、ＳＯＩ基板のシリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成した基板が用いられている。
【００３１】
上記半導体基板１１には、各光電変換素子１２によって光電変換された信号電荷を読み出すための転送ゲート３１が形成されている。この転送ゲート３１は、詳細を図示していないが、例えばゲート絶縁膜上にゲート電極が形成されている。また、上記半導体基板１１には、図示はしていないが、上記転送ゲート３１にフローティングディフュージョンを介して、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等の画素トランジスタおよび周辺回路が形成されている。
また、上記半導体基板１１上には、上記画素トランジスタや周辺回路を被覆する多層配線部４１が形成されている。この多層配線部４１は、絶縁膜４２中に、複数層（図面では一例として２層）に形成された配線４３が形成されたものである、配線の層数は２層に限らず、３層、４層またはそれ以上であってもよい。
【００３２】
上記多層配線部４１の絶縁膜４２上には、カラーフィルター層１３が形成されている。
例えば、光電変換素子１２（１２Ｒ）には、赤色光を吸収するカラーフィルター層１３（赤色カラーフィルター層１３Ｒ）が形成されている。また、光電変換素子１２（緑色カラーフィルター層１２Ｇ）には、緑色光を吸収するカラーフィルター層１３（緑色カラーフィルター層１３Ｇ）が形成されている。さらに、光電変換素子１２（１２Ｂ）には、青色光を吸収するカラーフィルター層１３（青色カラーフィルター層１３Ｂ）が形成されている。
【００３３】
各カラーフィルター１３には、それぞれに、その上面に透明電極１６が形成されている。各透明電極１６は、それぞれに信号読み出しのコンタクト部４４を介して上記配線４３のうちの信号読み出し配線４３ｒに接続されている。
すなわち、赤色（Ｒ）のカラーフィルター層１３Ｒ上に透明電極１６（１６Ｒ）が形成されていて、この透明電極１６Ｒはコンタクト部４４（４４Ｒ）を介して信号読み出し配線４３ｒ（４３ｒＲ）に接続している。
緑色（Ｒ）のカラーフィルター層１３Ｇ上に透明電極１６（１６Ｇ）が形成されていて、この透明電極１６Ｇはコンタクト部４４（４４Ｇ）を介して信号読み出し配線４３Ｒ（４３ｒＧ）に接続している。
青色（Ｂ）のカラーフィルター層１３Ｂ上に透明電極１６（１６Ｂ）が形成されていて、この透明電極１６Ｂはコンタクト部４４（４４Ｂ）を介して信号読み出し配線４３ｒ（４３ｒＢ）に接続している。
また、上記透明電極１６は、例えばインジウムスズ酸化膜（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化膜、酸化亜鉛等の可視光および近赤外光を透過する透明電極で形成される。
【００３４】
上記各カラーフィルター層１３よりも上記光入射側には、近赤外光に吸収を有する色素を用いた有機光電変換層１４が形成されている。上記近赤外光とは、波長が例えば７７０ｎｍよりも長く２．５μｍ以下の光をいう。
上記有機光電変換層１４に用いる近赤外光を吸収する色素は、例えば、キノイド系金属錯体色素、シアニン系色素、インモニウム系色素、ジインモニウム系色素、トリアリルメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、スクアリリウム系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、アントラキノン系色素、ニッケル−ジチオール錯体系色素などを、必要な分光特性や出力感度特性に応じて用いることができる。
【００３５】
上記有機光電変換層１４には、その上面に透明電極１７が形成されている。
また、上記透明電極１７は、例えばインジウムスズ酸化膜（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化膜、酸化亜鉛等の可視光および近赤外光を透過する透明電極で形成される。
【００３６】
このように、第１固体撮像装置１は構成されている。
【００３７】
上記第１固体撮像装置１では、有機光電変換層１４により近赤外光が光電変換されて近赤外光に対応する信号電荷が得られる。よって、夜間のような暗時においては、光電変換素子１２からの信号電荷に加えて有機光電変換層１４からの信号電荷も用いることができるので、高感度化される。また、昼間のような明時においては、ベイヤー配列などの通常の固体撮像素子１２のカラーフィルター層１３の配列を乱すことなく、光電変換素子１２により例えば通常の赤色光、緑色光、青色光の信号電荷が得られる。もしくは補色光の信号電荷が得られる。
【００３８】
よって、上記第１固体撮像装置１は、ＩＲカットフィルタを用いることなく、通常の固体撮像素子１２のカラーフィルター層１３の配列を乱すことなく、高感度な出力信号が得られるので、明時において色再現、色解像度を劣化させることなく、暗時においても撮像が可能になる。
【００３９】
＜３．第３の実施の形態＞
［第２固体撮像装置の基本構成の第２例］
本発明の第２実施の形態に係る第２固体撮像装置の基本構成の第２例を、図６の概略構成断面図によって説明する。
【００４０】
図６に示すように、半導体基板１１に、入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子１２が形成されている。各光電変換素子１２は、近赤外光を吸収して、その光電変換された信号電荷を出力する、例えばフォトダイオードで構成されている。上記近赤外光とは、波長が例えば７７０ｎｍよりも長く２．５μｍ以下の光をいう。
上記半導体基板１１には、例えばシリコン基板が用いられている。もしくは、ＳＯＩ基板や、ＳＯＩ基板のシリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成した基板が用いられている。
上記各光電変換素子１２に入射する入射光の入射側には、有機光電変換層１４が形成されている。
例えば、各光電変換素子１２上には、赤色光を吸収する有機光電変換層１４（赤色有機光電変換層１４Ｒ）が形成されている。その上に青色光を吸収する有機光電変換層１４（青色有機光電変換層１４Ｂ）が形成されていて、さらに緑色光を吸収する有機光電変換層１４（緑色有機光電変換層１４Ｇ）が形成されている。そして上記各有機光電変換層１４から、それぞれの色の出力が得られる。
このように、第２固体撮像装置２は構成されている。
【００４１】
一般的な固体撮像素子の分光感度特性の一例を図７によって説明する。図７は、縦軸に分光相対感度を示し、横軸に波長を示す。
図７に示すように、例えば、２０％以上に感度を有する波長領域は以下のようになっている。
一般的な固体撮像素子は、可視光の波長から近赤外光に感度（図中の分光感度曲線Ｃ）を有している。
このため、従来のカラーフィルター層を用いた固体撮像装置をカメラ撮像用の固体撮像装置として用いる場合、不自然な画像となってしまう。
そこで、ＩＲカットフィルタをカラーフィルターの入射光側に挿入することで、各カラーフィルター層に入射する入射光から近赤外光をカットしていた。
【００４２】
次に、上記第２固体撮像装置２における各有機光電変換層１４および固体撮像素子１２の分光感度特性の一例を図８によって説明する。図８は、縦軸に分光相対感度を示し、横軸に波長を示す。
図８に示すように、例えば、２０％以上に感度を有する波長領域は以下のようになっている。
赤色有機光電変換層１４Ｒは、５７５ｎｍ〜６５５ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｒ）を有している。
緑色有機光電変換層１４Ｇは、４８５ｎｍ〜５９５ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｇ）を有している。
青色有機光電変換層１４Ｂは、４１５ｎｍ〜５２０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｂ）を有している。
また、上記近赤外光に吸収を有する色素を用いた固体撮像素子１２は、６６０ｎｍ〜８２０ｎｍ程度の波長領域の光に感度（図中の分光感度曲線Ｉ）を有している。
したがって、有機光電変換層１４は３１５ｎｍ〜６５５ｎｍ程度の波長領域の光を吸収し、近赤外光に感度を示していない。したがって、有機光電変換層１４は、近赤外領域の光が透過されるので、近赤外光は固体撮像素子１２に入射され、吸収される。
よって、各有機光電変換層１４には、可視光が分光されて吸収され、出力されることとなり、各光電変換素子１２からは、前記図８の分光感度曲線Ｉに示すような近赤外光の分光感度の出力を得ることができる。
【００４３】
要するに、上記第２固体撮像装置２は、可視光の波長領域の信号と近赤外光の波長領域の信号を独立して出力する機能を有している。
【００４４】
上記第２固体撮像装置２では、一例として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の原色タイプの有機光電変換層を使用して説明したが、有機光電変換層としては、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）の補色タイプやその他組み合わせの有機光電変換層を用いていても構わない。
【００４５】
また、前記図６は、簡易的に光電変換部（フォトダイオード）しか示していない。しかしながら、この光電変換部（フォトダイオード）で光電変換された信号電荷を読み出す方法としては、ＣＣＤイメージセンサのような電荷転送方式、ＣＭＯＳイメージセンサのような各画素に読み出しゲートを備える方式、等、光電変換部からの信号電荷の読み出し方式は問わない。
【００４６】
＜４．第４の実施の形態＞
［第２固体撮像装置２の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例］
次に、上記第２固体撮像装置２の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例を、図９の概略構成断面図によって説明する。
【００４７】
図９に示すように、半導体基板１１に、入射光を光電変換して信号電荷を得る複数の光電変換素子１２が形成されている。各光電変換素子１２は、近赤外光を吸収して、その光電変換された信号電荷を出力する、例えばフォトダイオードで構成されている。上記近赤外光とは、波長が例えば７７０ｎｍよりも長く２．５μｍ以下の光をいう。
上記半導体基板１１には、例えばシリコン基板が用いられている。もしくは、ＳＯＩ基板や、ＳＯＩ基板のシリコン層上にシリコンエピタキシャル成長層を形成した基板が用いられている。
【００４８】
上記半導体基板１１には、各光電変換素子１２によって光電変換された信号電荷を読み出すための転送ゲート２１が形成されている。
また、上記半導体基板１１上には、上記画素トランジスタや周辺回路を被覆する多層配線部４１が形成されている。この多層配線部４１は、絶縁膜４２中に、複数層（図面では一例として４層）に形成された配線４３が形成されたものである、配線の層数は２層に限らず、３層、４層またはそれ以上であってもよい。
【００４９】
上記多層配線部４１の絶縁膜４２上には、上記各光電変換素子１２に対応して赤色読み出し用透明電極２１が形成されている。この赤色読み出し用透明電極２１を介して、赤色光を吸収する有機光電変換層１４（赤色有機光電変換層１４Ｒ）が形成され、この赤色有機光電変換層１４Ｒ上には透明電極２２が形成されている。さらに透明電極２２上には、絶縁膜５１が形成されている。
上記の絶縁膜５１上には、上記各光電変換素子１２に対応して青色読み出し用透明電極２３が形成されている。この青色読み出し用透明電極２３を介して、青色光を吸収する有機光電変換層１４（青色有機光電変換層１４Ｂ）が形成され、この青色有機光電変換層１４Ｂ上には透明電極２４が形成されている。さらに透明電極２４上には、絶縁膜５２が形成されている。
上記の絶縁膜５２上には、上記各光電変換素子１２に対応して緑色読み出し用透明電極２５が形成されている。この緑色読み出し用透明電極２５を介して、緑色光を吸収する有機光電変換層１４（緑色有機光電変換層１４Ｇ）が形成され、この緑色有機光電変換層１４Ｇ上には透明電極２６が形成されている。
【００５０】
上記赤色読み出し用透明電極２１はコンタクト部５３を介して例えば２層目の配線４３（信号読み出し配線４３Ｒ）に接続されている。また青色読み出し用透明電極２３はコンタクト部５４を介して例えば３層目の配線４３（信号読み出し配線４３Ｂ）に接続されている。さらに緑色読み出し用透明電極２５にはコンタクト部５５を介して例えば４層目の配線４３（信号読み出し配線４３Ｇ）に接続されている。
さらに上記以外の配線が１層目の配線４３（４３Ａ）で形成されている。
【００５１】
また、上記各透明電極２１〜２６は、例えばインジウムスズ酸化膜（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化膜、酸化亜鉛等の可視光および近赤外光を透過する透明電極で形成される。
【００５２】
このように、第２固体撮像装置２は構成されている。
【００５３】
上記第２固体撮像装置２では、各光電変換素子１２により近赤外光が光電変換されて近赤外光に対応する信号電荷が得られる。よって、夜間のような暗時においては、有機光電変換層１４からの信号電荷に加えて光電変換素子１２からの信号電荷も用いることができるので、高感度化される。また、昼間のような明時においては、有機光電変換層１４により例えば通常の赤色光、緑色光、青色光の信号電荷が得られる。
【００５４】
よって、上記第２固体撮像装置２は、ＩＲカットフィルタを用いることなく、有機光電変換層１４の配列を乱すことなく、高感度な出力信号が得られるので、明時において色再現、色解像度を劣化させることなく、暗時においても撮像が可能になる。
【００５５】
＜５．第５の実施の形態＞
［撮像装置の基本構成の一例］
次に、本発明の第５実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を、図１０のブロック図によって説明する。この撮像装置には、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等がある。
【００５６】
図１０に示すように、撮像装置１００は、撮像部１０１に固体撮像装置（図示せず）を備えている。この撮像部１０１の集光側には像を結像させる結像光学部１０２が備えられ、また、撮像部１０１には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部１０３が接続されている。また上記信号処理部によって処理された画像信号は画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。
【００５７】
上記信号処理部１０３は、明時は、上記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光の信号を基に信号処理をしたカラー画像信号を出力する。また暗時は、上記固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外光の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力する。
【００５８】
このような撮像装置１００において、上記固体撮像装置には、前記説明した第１固体撮像装置１または第２固体撮像装置２を用いることができる。
【００５９】
次に、上記第１固体撮像装置１を用いた場合について具体的に説明する。
昼間など光量が十分な場合は、各光電変換素子１２（前記図１、図５参照）から出力される可視光の信号を使用して処理することにより、通常のカラー画像信号を出力することができる。このとき、色再現を劣化させる近赤外光は有機光電変換層１４（前記図１、図５参照）により吸収されるため、一般的に用いられるＩＲカットフィルタは必要ない。したがって、撮像装置１００を小型化することが可能となる。
【００６０】
一方、夜間など光量が少ない場合は、各光電変換素子１２（前記図１、図５参照）からの可視光の信号に加えて、有機光電変換層１４（前記図１、図５参照）から出力される近赤外光の信号を合わせて用いることにより、より明るい画像信号を生成することができる。このとき、近赤外光の信号は、各光電変換素子１２に対応する全領域から出力することができるため、昼間の画像に対して解像度は劣化しない。また、光量が少ない場面では、色情報が少なくなるため、白黒画像処理をすることにより２次元的にカラーフィルターを配列した固体撮像素子のカラー画像生成に必要なデモザイク処理が無くすことができ、偽信号の発生を抑制することが可能である。
【００６１】
また、光量が少ないところでの撮像時には、光電変換素子１２からの出力信号に対して、相対的に暗時ノイズが増加するため、有機光電変換層１４からの近赤外光の信号のみを使用して、白黒画像を生成することも可能である。
周囲の明るさを検知するシステムと組み合わせることにより、近赤外光の信号を用いた画像生成への切り替えを自動化することができる。これは、例えば周囲の明るさを検知するセンサ、可視光の信号量を監視する回路を追加して、信号処理回路へのフィードバックを行うことにより実現できる。
これらの可視光の信号と近赤外光の信号の使用は電気的に切り替えることができ、機械的な機構を組み込む必要がないため、小型でコストの安い昼夜兼用カメラを作製することが可能である。
【００６２】
［信号処理の一例］
例えば、図１１に示すように、第１固体撮像装置１により光電変換された信号電荷、例えばＲＡＷデータは、デモザイク処理ブロック２１０で赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号に分離される。そして、それらの信号を基にクロマ信号生成処理ブロック２２０にてクロマ信号を生成し、また輝度信号生成ブロック２３０にて輝度信号を生成する。それぞれに生成されたクロマ信号と輝度信号により画像生成ブロック２４０にて画像を生成する。
また、周囲の明るさを検知するセンサ２５０が備えられている。このセンサ２５０で検出した周囲の明るさ、もしくは上記センサ２５０で検出した周囲の明るさに上記赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号の各信号量を加えた明るさにて、信号量比較処理ブロック２６０にて、近赤外光を使用するか否かを判断する。
そして、近赤外光を使用する場合には、スイッチ２７０をＯＮ状態とし、近赤外光信号を上記輝度生成処理ブロック２３０に送る。この場合、輝度生成処理ブロック２３０では、赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号に近赤外光信号を加えて、輝度信号が生成される。
一方、近赤外光を使用しない場合には、スイッチ２７０をＯＦＦ状態として、近赤外光信号を上記輝度生成処理ブロック２３０に送らない。この場合、輝度生成処理ブロック２３０では、赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号のみで輝度信号が生成される。
また、近赤外光のみを使用して画像を生成する場合には、信号量比較処理ブロック２６０にて、スイッチ２８０をＯＦＦ状態として、画像生成ブロック２４０にて輝度信号のみで画像を生成する。
【００６３】
次に、上記第２固体撮像装置２を用いた場合について具体的に説明する。
昼間など光量が十分な場合は、有機光電変換層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ（前記図６、図９参照）から出力される可視光の信号を使用して処理することにより、通常のカラー画像信号を出力することができる。このとき、色再現を劣化させる近赤外光に対しては、有機光電変換層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは吸収を持っていないので出力されないため、一般的に用いられるＩＲカットフィルタは必要ない。そのため、撮像装置１００を小型化することが可能となる。
ここで、有機光電変換層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは積層して配置されているため、通常のベイヤー配列のＲＧＢカラーフィルター方式の固体撮像素子に対して色解像度の高い画像を得ることができる。
【００６４】
一方、夜間など光量が少ない場合は、有機光電変換層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂからの可視光の信号に加えて、光電変換素子１２から出力される近赤外光の信号を合わせて用いることにより、より明るい画像信号を生成することができる。
また、光量が少ない場面では、色情報が少なくなるため、白黒画像処理をすることにより暗くなると目立ってくる色ノイズを抑制することが可能である。
また、光量が少ないところでの撮像時は、有機光電変換層１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂからの出力信号に対して、相対的に暗時ノイズが増加するため、光電変換素子１２からの近赤外光の信号のみを使用して、白黒画像を生成することも可能である。
【００６５】
周囲の明るさを検知するシステムと組み合わせることにより、近赤外光の信号を用いた画像生成への切り替えを自動化することができる。これは、例えば周囲の明るさを検知するセンサ、可視光の信号量を監視する回路を追加して、信号処理回路へのフィードバックを行うことにより実現できる。
これらの可視光の信号と近赤外光の信号の使用は電気的に切り替えることができ、機械的な機構を組み込む必要がないため、小型でコストの安い昼夜兼用カメラを作製することが可能である。
【００６６】
［信号処理の一例］
例えば、図１２に示すように、第２固体撮像装置２により光電変換された信号電荷、例えば赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号が出力される。その出力された赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号を基に、クロマ信号生成処理ブロック２２０にてクロマ信号を生成し、また輝度信号生成ブロック２３０にて輝度信号を生成する。それぞれに生成されたクロマ信号と輝度信号により画像生成ブロック２４０にて画像を生成する。
また、周囲の明るさを検知するセンサ２５０が備えられている。このセンサ２５０で検出した周囲の明るさ、もしくは上記センサ２５０で検出した周囲の明るさに上記赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号の各信号量を加えた明るさにて、信号量比較処理ブロック２６０にて、近赤外光を使用するか否かを判断する。
そして、近赤外光を使用する場合には、スイッチ２７０をＯＮ状態とし、近赤外光信号を上記輝度生成処理ブロック２３０に送る。この場合、輝度生成処理ブロック２３０では、赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号に近赤外光信号を加えて、輝度信号が生成される。
一方、近赤外光を使用しない場合には、スイッチ２７０をＯＦＦ状態として、近赤外光信号を上記輝度生成処理ブロック２３０に送らない。この場合、輝度生成処理ブロック２３０では、赤色光（Ｒ）信号、緑色光（Ｇ）信号、青色光（Ｂ）信号のみで輝度信号が生成される。
また、近赤外光のみを使用して画像を生成する場合には、信号量比較処理ブロック２６０にて、スイッチ２８０をＯＦＦ状態として、画像生成ブロック２４０にて輝度信号のみで画像を生成する。
【００６７】
上記撮像装置１００では、暗時において、固体撮像装置から出力された赤色光、緑色光、青色光と近赤外光の信号を混合して信号処理をした白黒画像信号を出力することから、高感度化されるので、夜間の撮影が容易になる。また、明時においては、色再現、色解像度を劣化させることなく、カラー画像を撮影することができる。
また本願発明の第１固体撮像装置１または第２固体撮像装置２を用いることから、明時において色再現、色解像度を劣化させることなく、暗時においても撮像が可能になるという利点がある。
また、可視光の信号と近赤外光の信号を独立して出力することが可能であるため、一般的な撮像装置で必要とされていたＩＲカットフィルタが必要でなく、小型の撮像装置の提供が可能となる。
さらに、可視光の信号と近赤外光の信号を独立して出力できることを利用して、機械的な機構を用いない、小型でコストの安い昼夜兼用撮像装置を提供することが可能となる。
【００６８】
なお、上記撮像装置１００は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
【００６９】
上記第１固体撮像装置１または第２固体撮像装置２はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、高画質化の効果が得られる。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る第１固体撮像装置の基本構成の第１例を示した概略構成断面図である。
【図２】第１固体撮像装置の変形例を示した概略構成断面図である。
【図３】一般的な固体撮像装置の分光感度特性図である。
【図４】第１固体撮像装置の分光感度特性図である。
【図５】第１固体撮像装置の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例を示した概略構成断面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る第２固体撮像装置の基本構成の第１例を示した概略構成断面図である。
【図７】一般的な固体撮像素子の分光感度特性図である。
【図８】第２固体撮像装置の分光感度特性図である。
【図９】第２固体撮像装置の構成をＣＭＯＳイメージセンサに適用した一例を示した概略構成断面図である。
【図１０】本発明の第５実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１１】撮像装置の信号処理の一例を示したブロック図である。
【図１２】撮像装置の信号処理の一例を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，２…固体撮像装置、１２…光電変換素子、１３…カラーフィルター層、１４…有機光電変換層
【図１】
2010123779.tif 000003
【図２】
2010123779.tif 000004
【図３】
2010123779.tif 000005
【図４】
2010123779.tif 000006
【図５】
2010123779.tif 000007
【図６】
2010123779.tif 000008
【図７】
2010123779.tif 000009
【図８】
2010123779.tif 000010
【図９】
2010123779.tif 000011
【図１０】
2010123779.tif 000012
【図１１】
2010123779.tif 000013
【図１２】
2010123779.tif 000014