(57)【要約】【課題】  赤外光に対する感度を高めつつも、赤外光画素と可視光画素とに対して同様の信号補正を行うことが可能な光電変換装置を提供する。【解決手段】  複数の可視光フィルタ、複数の赤外光フィルタ、複数の画素および複数の配線層を備え、複数の画素は可視光フィルタに対応して配された第１の画素と、赤外光フィルタに対応して配された第２の画素と、を有する光電変換装置において、第１の画素と前記第２の画素とは平面視において同じ形状および大きさであり、行方向、列方向および対角方向において、複数の第１の画素の各々隣り合う画素の間には、第２の画素が配されており、複数の配線層により形成された第１の画素および第２の画素における各光電変換領域に対応する開口は、平面視において同じ形状および大きさであることを特徴とする。【選択図】  図２
2014140020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可視光フィルタと、
複数の赤外光フィルタと、
行方向および列方向に配された複数の画素と、
前記複数の画素と、前記可視光フィルタおよび前記赤外光フィルタとの間に配された複数の配線層と、を備え、
前記複数の画素は、前記可視光フィルタに対応して配された第１の画素と、前記赤外光フィルタに対応して配された第２の画素と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは平面視において同じ形状および大きさであり、
行方向、列方向および対角方向において、複数の前記第１の画素の各々隣り合う画素の間には、前記第２の画素が配されており、
前記複数の配線層のうち少なくとも１つの配線層によって、前記第１の画素および前記第２の画素における各光電変換領域に対応する位置に開口が区画され、
前記第１の画素における光電変換領域に対応する開口と、前記第２の画素における光電変換領域に対応する開口とは、平面視において同じ形状および大きさであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記可視光フィルタの外縁、および前記赤外光フィルタの外縁は、複数の辺を有する多角形であり、前記可視光フィルタの外縁は、複数の前記赤外光フィルタのいずれかの外縁の一辺または角部と接していることを特徴とする
請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記複数の配線層は、
前記第１の画素および前記第２の画素の受光面に対して垂直方向において、最も前記第１の画素および前記第２の画素に近い位置に配された第１の配線層と、
前記第１の配線層よりも、前記第１の画素および前記第２の画素の受光面に対して垂直方向において、前記第１の画素および前記第２の画素から離れた位置に配された第２の配線層と、を備え、
前記開口は、前記第１の配線層および前記第２の配線層によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１の画素における光電変換領域に対応する開口と、前記第２の画素における光電変換領域に対応する開口とは、前記複数の配線層のうち２つの配線層により区画されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記可視光フィルタの分光透過率は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲において５０％以上の値を有し、
前記赤外光フィルタの分光透過率は、７００ｎｍ未満において５０％未満の値を満たし、７００ｎｍ以上の波長範囲において５０％以上の値を有することを特徴とする
請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第１の画素および前記第２の画素は、行方向および列方向に配列されており、
前記行方向および前記列方向において、複数の前記第１の画素の各々の間には、少なくとも２つの前記第２の画素が配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記可視光フィルタは、赤外光カットフィルタを含む
請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の信号を処理する信号処理部と、を有する撮像装置。
【請求項９】
複数の可視光フィルタと、
複数の白色光フィルタと、
行方向および列方向に配された複数の画素と、
前記複数の画素と、前記可視光フィルタおよび前記白色光フィルタとの間に配された複数の配線層と、を備え、
前記複数の画素は、前記可視光フィルタに対応して配された第１の画素と、前記白色光フィルタに対応して配された第２の画素と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは同じ大きさおよび形状であり、
行方向、列方向および対角方向において、複数の前記第１の画素の各々の間には、前記第２の画素が配されており、
前記複数の配線層によって、前記第１の画素と、前記第２の画素との各々の上方に開口が形成され、
前記第１の画素の上方と、前記第２の画素の上方とで、前記開口の形状は同じであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
前記可視光フィルタの外縁、および前記白色光フィルタの外縁は、複数の辺を有する多角形であり、前記可視光フィルタの外縁は、複数の前記白色光フィルタのいずれかの外縁の一辺または角部と接していることを特徴とする
請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記可視光フィルタと前記白色光フィルタとは有機材料で構成され、互いに分離していることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記複数の配線層は、
前記第１の画素および前記第２の画素の受光面に対して垂直方向において、最も前記第１の画素および前記第２の画素に近い位置に配された第１の配線層と、
前記第１の配線層よりも、前記第１の画素および前記第２の画素の受光面に対して垂直方向において、前記第１の画素および前記第２の画素から離れた位置に配された第２の配線層と、を備え、
前記開口は、前記第１の配線層および前記第２の配線層によって形成されることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記複数の可視光フィルタおよび前記複数の白色光フィルタの上方に配された複数のマイクロレンズを備え、
前記白色光フィルタは、前記マイクロレンズを構成する材料と同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記第１の画素における光電変換領域に対応する開口と、前記第２の画素における光電変換領域に対応する開口とは、前記複数の配線層のうち２つの配線層により区画されていることを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記第１の画素および前記第２の画素は、行方向および列方向に配列されており、
前記行方向および前記列方向において、複数の前記第１の画素の各々の間には、少なくとも２つの前記第２の画素が配されていることを特徴とする請求項９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記可視光フィルタは、赤外光カットフィルタを含む
請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の信号を処理する信号処理部と、を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光および赤外光に基づく信号を取得可能な光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光の画像と赤外光の画像を取得可能な撮像装置（光電変換装置）は、監視カメラなどの撮影用や、車載用や、医療用として使用される。特許文献１には、物体のカラーイメージ情報を検出するための可視光フィルタを有する画素に加えて、赤外光フィルタを有する画素を備える撮像装置が開示されている。また、特許文献１の図４には、赤外光に対する感度を高めるために、赤外光フィルタが配された画素の大きさを、可視光フィルタが配された画素の大きさよりも大きくした撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５２４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に撮像装置においては、各画素に入射していく光が通過できる領域を区画する開口が、配線等を用いて形成されている。開口は、画素に対して斜めに入射する光によって生じる画素間の混色を防ぐ一方で、光が入射し難い領域を各画素に対して形成する場合がある。特に、斜め方向の光の入射が多い撮像装置の周辺部では、開口の影による入射光量の減少が生じるため、入射光量の減少を補うように、検出した光信号の補正が行われている。
【０００５】
ここで、特許文献１の図４に開示された光電変換装置では、可視光フィルタが配された画素と赤外光フィルタが配された画素とで画素の大きさおよび形状が異なっている。このため、可視光フィルタが配された画素と、赤外光フィルタが配された画素とにおいて、各々の画素の形状に応じた開口を形成した場合、開口の形状が互いに異なるものとなる。従って、可視光フィルタが配された画素と、赤外光フィルタが配された画素とでは、それぞれの画素の上方に形成された開口による影の形状が異なる。よって、可視光フィルタが配された画素と、赤外光フィルタが配された画素とに対して、異なる光信号の補正を行う必要があり、各々の画素に対して補正値の特性を求めなければならない。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、赤外光に対する感度を高めつつも、赤外光画素と可視光画素とに対して同様の信号補正を行うことが可能な光電変換装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面は、光電変換装置であって、複数の可視光フィルタと、複数の赤外光フィルタと、行方向および列方向に配された複数の画素と、前記複数の画素と、前記可視光フィルタおよび前記赤外光フィルタとの間に配された複数の配線層と、を備え、前記複数の画素は、前記可視光フィルタに対応して配された第１の画素と、前記赤外光フィルタに対応して配された第２の画素と、を有し、前記第１の画素と前記第２の画素とは平面視において同じ形状および大きさであり、行方向、列方向および対角方向において、複数の前記第１の画素の各々隣り合う画素の間には、前記第２の画素が配されており、前記複数の配線層のうち少なくとも１つの配線層によって、前記第１の画素および前記第２の画素における各光電変換領域に対応する位置に開口が区画され、前記第１の画素における光電変換領域に対応する開口と、前記第２の画素における光電変換領域に対応する開口とは、平面視において同じ形状および大きさであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の１つの側面は、光電変換装置であって、複数の可視光フィルタと、複数の白色光フィルタと、
行方向および列方向に配された複数の画素と、前記複数の画素と、前記可視光フィルタおよび前記白色光フィルタとの間に配された複数の配線層と、を備え、前記複数の画素は、前記可視光フィルタに対応して配された第１の画素と、前記白色光フィルタに対応して配された第２の画素と、を有し、前記第１の画素と前記第２の画素とは同じ大きさおよび形状であり、行方向、列方向および対角方向において、複数の前記第１の画素の各々の間には、前記第２の画素が配されており、前記複数の配線層によって、前記第１の画素と、前記第２の画素との各々の上方に開口が形成され、前記第１の画素の上方と、前記第２の画素の上方とで、前記開口の形状は同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、赤外光に対する感度を高めつつも、赤外光画素と可視光画素とに対して同様の信号補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例の光電変換装置の概略図
【図２】第１実施例を説明するための平面模式図
【図３】第１実施例の光電変換装置の画素の上面図
【図４】第１実施例の光電変換装置の画素の断面図
【図５】第１実施例の光電変換装置のカラーフィルタの上面図
【図６】第１実施例の光電変換装置の画素の断面図
【図７】第１実施例の光電変換装置の画素の断面図
【図８】第１実施例の光電変換装置の画素の回路図
【図９】第１実施例の光電変換装置の動作を示す図
【図１０】第２実施例を説明するための平面模式図
【図１１】第３実施例を説明するための平面模式図
【図１２】第４実施例を説明するための平面模式図およびカラーフィルタの上面図
【図１３】第４実施例を説明するためのカラーフィルタの上面図
【図１４】第４実施例の光電変換装置の画素の断面図
【図１５】信号補正を説明するための図
【図１６】信号補正を説明するための図
【図１７】信号補正を説明するための図
【図１８】撮像装置を説明する模式図
【図１９】フィルタの分光透過率を説明する模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の説明において、可視光フィルタが設けられた画素を可視光画素とし、赤外光フィルタ（以下、ＩＲフィルタ）が設けられた画素をＩＲ画素とする。例えば、可視光フィルタが原色フィルタの場合、主に赤の光を透過するフィルタを赤フィルタ（Ｒフィルタ）と、主に緑の光を透過するフィルタを緑フィルタ（Ｇフィルタ）と、主に青の光を透過するフィルタを青フィルタ（Ｂフィルタ）と、のいずれかを有する。以下において、Ｒフィルタが配された画素をＲ画素、Ｇフィルタが配された画素をＧ画素、Ｂフィルタが配された画素をＢ画素と称する。また、以下において、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の可視光領域の光を検出する画素をまとめて可視光画素と称する場合がある。
【００１２】
また、以下で説明する実施例においては、１つの画素に１つのフィルタが設けられる場合について説明する。また、平面図において、画素の形状とフィルタの形状が同一であり、画素部に設けられる複数の画素の面積は、全て同一であるとする。１画素には、少なくとも１つの光電変換素子、本実施例ではフォトダイオードが含まれるものとする。
【００１３】
ここで、各実施例におけるフィルタの分光透過率について説明する。図１９は、横軸が波長（単位ｎｍ）で、縦軸に分光透過率（単位％）を示したグラフである。まず、可視光の波長の範囲は、一般に４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の範囲であり、赤外光の波長の範囲は、７５０ｎｍ以上１ｍｍ以下である。ここで、ＩＲフィルタの分光透過率は、少なくとも７００ｎｍ以上の波長範囲において５０％以上であり、７００ｎｍ未満の波長範囲において５０％未満である。つまり、ＩＲフィルタとは、主に赤外光を透過させるためのフィルタである。図１９の実線ＩＲにて示すように、ＩＲフィルタの分光透過率は７４０ｎｍ近傍で９０％以上の値を示しているが、７００ｎｍ以下においては、５０％を超えることはない。一方、可視光フィルタの分光透過率は、７００ｎｍ未満の波長範囲において、５０％以上となる。つまり、可視光フィルタとは、主に可視光を透過させるためのフィルタである。可視光フィルタは、赤外光の波長以下の可視光の波長範囲の光を透過すればよく、例えば、７００ｎｍ未満の波長の光を透過する。図１９の実線Ｒ、Ｇ、Ｂに示すように、可視光フィルタのそれぞれの分光透過率は、７００ｎｍ未満の特定の波長において５０％を超える。例えば、Ｒフィルタの分光透過率のピークは約６５０ｎｍであり、Ｇフィルタの分光透過率のピークは約５５０ｎｍであり、Ｂフィルタの分光透過率のピークは約４５０ｎｍである。可視光フィルタは、一部、赤外光の波長範囲の光を透過する場合があるが、赤外光の影響を除くため、赤外光の波長範囲の光、例えば７００ｎｍ以上の光を透過しないように設計されていてもよい。また、可視光フィルタは、例えば、７００ｎｍ以上の光をカットする赤外光カットフィルタを含んでいてもよい。図１９には、ＩＲカットフィルタが光を透過する範囲を例示している。各フィルタの材料は有機材料であっても無機材料であってもよい。なお、光を透過しない、不透明とは、光を１００％透過しないものに限定されない。
【００１４】
以下、図面を用いて各実施例についての詳細な説明を行う。
【００１５】
（実施例１）
本実施例の光電変換装置を、図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施例の光電変換装置の概要を図１の概略図を用いて説明する。
【００１６】
図１において、光電変換装置１００は、画素部１０１と、垂直走査部１０２と、読み出し回路部１０３と、水平走査部１０４と、出力部１０５と、端子１０６と、を有する。画素部１０１は、入射光に応じて発生した電荷に基づく信号を出力する複数の画素を備える。複数の画素は、例えば、行列状に配列されている。垂直走査部１０２は、複数の画素から信号を読み出すための制御信号を供給する、例えば、シフトレジスタである。読み出し回路部１０３は、複数の画素からの信号を、加算や増幅などの処理をする回路である。水平走査部１０４は、読み出し回路部１０３から出力部１０５への信号の転送を制御する、例えば、シフトレジスタである。出力部１０５は、外部との接続のための端子１０６へ信号を出力する部分であり、例えば、差動アンプである。ここで、第１方向ａが水平方向、および行方向であり、第２方向ｂが垂直方向、および列方向とし、第１方向ａと第２方向ｂは直交するものとする。また、第１方向ａと４５度の角度をなす方向を第３方向ｃとし、第３方向ｃと直交する方向を第４方向ｄとする。
【００１７】
図２を用いて、画素部１０１における画素配列、すなわちフィルタ配列を説明する。図２は、画素部１０１の一部を模式的に示した平面図である。図２の画素部１０１には、第１方向ａに１２画素分、第２方向ｂに１２画素分の１４４画素が示されている。ｍからｍ＋１１は画素列の番号であり、ｎからｎ＋１１は画素行の番号である。ｍ、ｎは整数である。以下の説明において、任意の画素、例えば、ｍ＋１列にあり、ｎ＋１行にある画素を示す場合には、画素（ｍ＋１、ｎ＋１）と表記する。また、図２において、記号ＲはＲフィルタであり、記号ＧはＧフィルタであり、記号ＢはＢフィルタであり、記号ＩＲはＩＲフィルタを示す。つまり、図２は、フィルタアレイの模式図と言える。また図２は、フィルタアレイの可視光フィルタと赤外光フィルタが配列する配列面を示しているともいえる。
【００１８】
図２に示すように、本実施例の画素は、配列面において、その外縁が正方形であり、行列状に配列されている。このような配列の画素に、それぞれＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、ＩＲフィルタが配されている。これらフィルタの配列は、可視光フィルタであるＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタの周りに、複数のＩＲフィルタが、それぞれを囲むように配置されている。可視光フィルタは、行方向、列方向および対角方向において、ＩＲフィルタと隣接しており、各々の方向において、各可視光フィルタの間にはＩＲフィルタが配されている。
【００１９】
例えば、Ｂ画素（ｍ＋２、ｎ＋２）の最も近い位置には、４個のＩＲ画素が配されている。４個の画素とは、ＩＲ画素（ｍ＋２、ｎ＋１）、ＩＲ画素（ｍ＋２、ｎ＋３）、ＩＲ画素（ｍ＋１、ｎ＋２）、ＩＲ画素（ｍ＋３、ｎ＋２）である。ここで、最も近い位置とは、例えば、画素１つ分、すなわち１ピッチの距離の位置である。各画素の距離は、その画素の重心を用いて決めることができる。さらに、対角方向においてＢ画素（ｍ＋２、ｎ＋２）に隣接する画素も全てＩＲ画素である。具体的には、対角方向においてＢ画素（ｍ＋２、ｎ＋２）の角部と接する（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋３、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋３）、（ｍ＋３、ｎ＋３）に配される画素も全てＩＲ画素である。Ｂ画素以外のＲ画素およびＧ画素においても同様に、Ｒ画素およびＧ画素の最も近い位置には４個のＩＲ画素が配され、対角方向に隣接する４個の画素も全てＩＲ画素である。
【００２０】
このように、可視光画素の周りをＩＲ画素で囲み、かつ可視光画素およびＩＲ画素の各々を同じ形状・大きさとすることで、ＩＲ光に対する感度を高めつつ、各画素における信号の補正を同様に行うことができる。これに対して、従来技術において、ＩＲ光を高感度で検出する場合は可視光画素とＩＲ画素との形状が異なる構成で在ったため、それに応じて形成される開口の形状も可視光画素とＩＲ画素とで異なったものとなっていた。よって可視光画素とＩＲ画素とで異なる特性を有する補正値を用いて補正を行う必要があった。しかし、本実施例によれば、可視光画素とＩＲ画素とは同じ形状・大きさを有するため、可視光画素とＩＲ画素とに対して同様の信号補正を行うことが可能となる。各光電変換領域に対応する位置に開口を区画している配線によって生じる、各画素への入射光量の減少を補うための補正については後の段落において説明する。
【００２１】
次に、図３および図４を用いて、本実施例に係る画素の詳細な構造について説明する。図３は、１つの画素９００に対応する半導体基板上の領域を示した平面図である。
【００２２】
画素９００には、隣接する画素との信号電荷の移動を防ぐための高濃度のＰ型不純物領域９０１が形成され、Ｐ型不純物領域９０１で囲われた中に活性領域９０２が形成されている。活性領域９０２の中には光電変換領域（以下ＰＤ領域ともいう）９０５が形成されている。ＰＤ領域９０５には、ゲート電極９０７が隣接して配されており、ＰＤ領域９０５で発生した電荷はゲート電極９０７によってフローティングディフュージョン領域（以下ＦＤ領域ともいう）９０９へと転送される。なお、活性領域９０２を画定している絶縁分離膜については、図３では図示を省略している。ＰＤ領域９０５は、活性領域９０２の外縁とＰＤ領域９０５の外縁とが一致するように形成されてもよい。
【００２３】
次に、図３におけるＸ−Ｘ´断面図を図４Ａに示す。ＰＤ領域９０５は、電荷蓄積領域９０５１と、電荷蓄積領域９０５１よりも基板の表面側に配されたＰ型不純物領域９０５２と、Ｐ型の不純物領域９０３３を含む。半導体基板としては、Ｎ型半導体基板９０３１の表面にＮ型エピタキシャル層９０３２が設けられ、さらにそのＮ型エピタキシャル層にＰ型の不純物領域９０３３が形成されたものを用いている。
【００２４】
次に図３におけるＹ−Ｙ´断面図を図４Ｂに示す。電荷蓄積領域９０５１とＦＤ領域９０９は離隔して形成され、ゲート絶縁膜９０６およびゲート電極９０７が、電荷蓄積領域９０５１とＦＤ領域９０９との間のＰ型の不純物領域９０３３上に配されている。
【００２５】
図５を用いて、各ＰＤ領域９０５に対応して配される開口について説明する。図５は、画素部１０１の一部を平面視した状態を示している。図中の一点鎖線で囲われた１つの領域が１つの画素であり、撮像領域を構成する繰り返しの最小単位である。各画素の上方には有機材料から構成されるフィルタが配されている。本実施例では、各画素の上方には、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、ＢフィルタまたはＩＲフィルタのいずれかが配されている。また、各画素の上方には、不図示の配線によって区画される開口ＡＰが設けられる。各フィルタの上方には不図示のマイクロレンズが配されており、マイクロレンズで集光された光は開口ＡＰを通過して、ＰＤ領域に入射する。
【００２６】
図６は、図５のＸ−Ｘ´における断面を示した図である。半導体基板の上方には、第１配線層９１３、第２配線層９１５および第３配線層９１７が配されている。第１の配線層９１３から第３の配線層９１７の各々は所定の配線を有する。各配線層に含まれる配線は、ＰＤ領域９０５への光の入射を過度に妨げないように配されている。本実施例では、ＰＤ領域９０５の上方に配された各配線層のうち、Ｘ方向における配線間の間隔については第１の配線層９１３に含まれる配線の間隔が最も狭い。即ち、Ｘ方向における開口ＯＰの幅については第１の配線層９１３に含まれる配線により規定されている。
【００２７】
第３の配線層９１７の上方には、不図示の層間絶縁膜を介してカラーフィルタ層９１９、平坦化層９２１、マイクロレンズ９２３が設けられている。カラーフィルタ層９１９は、各ＰＤ領域９０５に対応して配される複数のカラーフィルタから構成されている。図６に示す図では、各ＰＤ領域９０５に対応して、Ｂフィルタ、ＩＲフィルタ、Ｇフィルタの３種のフィルタが配されている。各カラーフィルタは互いに接するように形成されている。マイクロレンズ９２３は互いに一部が接するように形成されている。
【００２８】
カラーフィルタ層９１９に含まれる各カラーフィルタおよびマイクロレンズ９２３は、各々の中心が電荷蓄積領域９０５１の中心と一致するように配されている。このような構成とすることで、マイクロレンズ９２３により集光された光をより確実にＰＤ領域９０５に入射させ、電気信号に変換させることが可能となる。もしくは撮像領域の周辺に向かうにしたがって各カラーフィルタおよびマイクロレンズ９２３が、各々の中心が電荷蓄積領域９０５１の中心とずれるように配置してもよい。このように配置することで斜め入射光に対しての感度を向上させることが可能となる。
【００２９】
図７は、図５のＹ−Ｙ´における断面を示した図である。本実施例では、ＰＤ領域９０５の上方に配された各配線層のうち、Ｙ方向における配線間の間隔については第２の配線層９１５に含まれる配線の間隔が最も狭い。即ち、Ｙ方向における開口ＡＰの幅については第２の配線層９１５に含まれる配線により規定されている。図７における断面図では、各ＰＤ領域９０５に対応して、Ｒフィルタ、ＩＲフィルタ、Ｇフィルタの３種のフィルタが配されている。図６における断面図と同様に、各カラーフィルタは互いに接するように形成されている。また、マイクロレンズ９２３は互いに一部が接するように形成されている。
【００３０】
次に、本実施例の画素部１０１が備える具体的な回路構成について、図８を用いて説明する。図８は、画素部１０１に設けられる画素の等価回路を示している。図８では、行列状に配列した画素のうち、例えば、ｍ列（ｍは整数）に配置された、ｎ行目からｎ＋３行目（ｎは整数）までの４行分の画素回路を示している。以降の説明において、図８の画素の等価回路は、例えば、図２のｍ列のｎ行目からｎ＋３行目までの画素２００に相当する。図８の回路は、例えば、図２の画素部１０１において、繰り返し配置されている。
【００３１】
図８に示すように、第２方向ｂに沿って隣り合う２つの光電変換素子４０１は、リセットトランジスタ４０３と、増幅トランジスタ４０４と、選択トランジスタ４０５とを共有している。つまり、図８に示すように、画素回路は、２画素が最小の繰り返し単位となっている。ここで、図８において、４０１（ｎ）は、ｎ行目の光電変換素子４０１を示し、４０３（ｎ、ｎ＋１）は、ｎ行目とｎ＋１行目に対応するリセットトランジスタ４０３であることを示している。以下の説明において、他の符号の整数ｎからｎ＋３については同様に用いる。
【００３２】
図８を用いて、ｎ行目とｎ＋１行目における画素回路の基本的な動作を説明する。光電変換素子４０１（ｎ）で発生した電荷は、転送トランジスタ４０２（ｎ）によって、フローティングディフュージョン領域（以下、ＦＤ領域）に転送される。光電変換素子４０１（ｎ＋１）で発生した電荷は、転送トランジスタ４０２（ｎ＋１）によって、ＦＤ領域に転送される。ＦＤ領域は、増幅トランジスタ４０４（ｎ、ｎ＋１）のゲート電極と、フローティングノード（以下、ＦＤノード）４０７（ｎ、ｎ＋１）を構成する。ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位に基づく信号を増幅トランジスタ４０４（ｎ、ｎ＋１）が信号線４０６（ｍ）に出力する。選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、増幅トランジスタ４０４（ｎ、ｎ＋１）と信号線４０６（ｍ）との導通を制御する。リセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位をリセットする。転送トランジスタ４０２（ｎ）と、転送トランジスタ４０２（ｎ＋１）と、リセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）と、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、図１の垂直走査部１０２からの制御信号によって、その動作が制御される。制御信号は、転送トランジスタ４０２（ｎ）への信号ＴＸ（ｎ）と、転送トランジスタ４０２（ｎ＋１）への信号ＴＸ（ｎ＋１）と、を含む。更に、制御信号は、リセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）への信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）と、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）への信号ＳＥＬ（ｎ、ｎ＋１）を含む。
【００３３】
次に、本実施例の光電変換装置の信号読み出し方法について、図９Ａ、および図９Ｂを用いて、説明する。本実施例の光電変換装置の信号読み出し方法には、少なくとも２つの方法がある。１つの方法は、１フレーム目として可視光画素の信号を読み出した後、２フレーム目としてＩＲ画素の信号を読み出す方法である。また、別の１つの方法は、可視光画素の信号とＩＲ画素の信号を、同時に読み出す方法である。換言すると、１つの方法は、可視光の画像信号とＩＲの画像信号とを別のフレームとして読み出す方法であり、別の１つの方法は、可視光の画像信号と赤外光の画像信号とを１つのフレームとして読み出す方法である。なお、可視光画素の信号とＩＲ画素の信号を同時に読み出す方法については、通常の読み出し方法であるため、説明を省略する。
【００３４】
図９Ａ、および図９Ｂのタイミング図を用いて、１つ目の読み出し方法について、説明する。図９Ａは画素部１０１の全体の動作のタイミングを示しており、図９Ｂは、図８に示した画素回路における具体的な動作のタイミングを示している。
【００３５】
図９Ａにおいて、縦軸が読み出し行ｎを示し、横軸が時刻ｔを示している。縦軸の矢印は走査の方向を示しており、画素部１０１の１行目からｎ行目に向かって走査がなされることを意味している。まず、時刻ｔ１において、走査５０１が始まり、リセットが行われる。そして、時刻ｔ２において、走査５０２が始まり、可視光画素の信号の読み出しが行われる。この動作によって、第１フレームとして可視光の画像信号が読み出される。次に、時刻ｔ３において、走査５０３が始まり、赤外光画素の信号の読み出しが行われる。この動作によって、第２フレームとして赤外光の画像信号が得られる。時刻ｔ４において、走査５０４が始まり、リセットが行われる。動画の場合には、走査５０４の後に、走査５０２、走査５０３、走査５０４が繰り返し行われる。この一連の動作について、図９Ｂを用いて詳しく説明する。
【００３６】
図９Ｂは、各時刻ｔにおける図８に示した画素回路の制御信号の値（レベル）を示したものである。各制御信号の値がハイレベルの時には、トランジスタが導通（オン）し、各制御信号の値がローレベルの時にはトランジスタが非導通（オフ）することとする。例えば、トランジスタがＰ型ＭＯＳトランジスタの場合には、ハイレベルはローレベルに比べて低い電圧であることを意味する。以下、図８におけるｎ行目からｎ＋３行目の画素（図３でのｍ列のｎ行目からｎ＋３行目の画素）の動作について説明する。以下の説明において、類似の動作の部分については、説明を省略する。
【００３７】
まず、時刻ｔ１１において、信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）がハイレベルの状態で、信号ＴＸ（ｎ）と信号ＴＸ（ｎ＋１）がハイレベルとなる。この時、図８のリセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）がオンした状態で、転送トランジスタ４０２（ｎ）と転送トランジスタ４０２（ｎ＋１）とがオンする。この動作によって、光電変換素子４０１（ｎ）と光電変換素子４０１（ｎ＋１）とがリセットされる。その後、信号ＴＸ（ｎ）と信号ＴＸ（ｎ＋１）とがローレベルとなり、光電変換素子４０１（ｎ）と光電変換素子４０１（ｎ＋１）での信号電荷の蓄積が始まる。また、この時、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）がリセットされた状態となる。
【００３８】
時刻ｔ１２においては、ｎ＋２行目、ｎ＋３行目において、時刻ｔ１１のｎ行目、ｎ＋１行目の画素と同様に、リセットが行われる。信号ＲＥＳ（ｎ＋２、ｎ＋３）がハイレベルの状態で、信号ＴＸ（ｎ＋２）と信号ＴＸ（ｎ＋３）がハイレベルとなる。この動作によって、光電変換素子４０１（ｎ＋２）と光電変換素子４０１（ｎ＋３）とがリセットされる。その後、信号ＴＸ（ｎ＋２）と信号ＴＸ（ｎ＋３）とがローレベルとなり、光電変換素子４０１（ｎ＋２）と光電変換素子４０１（ｎ＋３）での信号電荷の蓄積が始まる。また、この時、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）がリセットされた状態となる。
【００３９】
時刻ｔ２１において、信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）がローレベルとなり、信号ＳＥＬ（ｎ、ｎ＋１）がハイレベルになる。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、増幅トランジスタ４０４（ｎ、ｎ＋１）が出力する、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位に基づく第１信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第１信号は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）をリセットした時の電位に基づき、リセット時のノイズを含む。
【００４０】
時刻ｔ２２において、信号ＴＸ（ｎ）がハイレベルになり、光電変換素子４０１（ｎ）に蓄積されていた電荷が転送される。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、増幅トランジスタ４０４（ｎ、ｎ＋１）が出力する、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位に基づく第２信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第２信号は、Ｒ画素の蓄積電荷に基づく画像信号と、先の第１信号を含む信号である。
【００４１】
次に、時刻ｔ２３において、信号ＳＥＬ（ｎ、ｎ＋１）がローレベルとなり、信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）がハイレベルになる。この時、リセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の光電変換素子４０１（ｎ）の信号をリセットする。
【００４２】
時刻ｔ２４において、信号ＲＥＳ（ｎ＋２、ｎ＋３）がローレベルとなり、信号ＳＥＬ（ｎ＋２、ｎ＋３）がハイレベルになる。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の電位に基づく第３信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第３信号は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）をリセットした時の電位に基づき、リセット時のノイズを含む。
【００４３】
時刻ｔ２５において、信号ＴＸ（ｎ＋２）がハイレベルになり、光電変換素子４０１（ｎ＋２）に蓄積されていた電荷が転送される。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の電位に基づく第４信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第４信号は、Ｇ画素の蓄積電荷に基づく画像信号と、先の第３信号を含む信号である。
【００４４】
次に、時刻ｔ２６において、信号ＳＥＬ（ｎ＋２、ｎ＋３）がローレベルとなり、信号ＲＥＳ（ｎ＋２、ｎ＋３）がハイレベルになる。この時、リセットトランジスタ４０３（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の光電変換素子４０１（ｎ＋２）の信号をリセットする。
【００４５】
この時刻ｔ２６から時刻ｔ３１の間に、上述のｎ行目、ｎ＋２行目の読み出し方法と同様な方法で、ｎ＋４行目から順次、可視光画素の信号の読み出しが行われる。この時刻ｔ１１から時刻ｔ３１の間に、第１フレームである可視光に基づく信号およびＩＲ光に基づく信号が出力される。
【００４６】
その後、時刻ｔ３１において、信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）がローレベルとなり、信号ＳＥＬ（ｎ、ｎ＋１）がハイレベルになる。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位に基づく第５信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第５信号は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）をリセットした時の電位に基づき、リセット時のノイズを含む。
【００４７】
時刻ｔ３２において、信号ＴＸ（ｎ＋１）がハイレベルになり、光電変換素子４０１（ｎ＋１）に蓄積されていた電荷が転送される。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ、ｎ＋１）は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の電位に基づく第６信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第６信号は、ＩＲ画素の蓄積電荷に基づく画像信号と、先の第５信号を含む信号である。
【００４８】
次に、時刻ｔ３３において、信号ＳＥＬ（ｎ、ｎ＋１）がローレベルとなり、信号ＲＥＳ（ｎ、ｎ＋１）がハイレベルになる。この時、リセットトランジスタ４０３（ｎ、ｎ＋１）は、ＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）の光電変換素子４０１（ｎ＋１）の信号をリセットする。
【００４９】
時刻ｔ３４において、信号ＲＥＳ（ｎ＋２、ｎ＋３）がローレベルとなり、信号ＳＥＬ（ｎ＋２、ｎ＋３）がハイレベルになる。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の電位に基づく第７信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第７信号は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）をリセットした時の電位に基づき、リセット時のノイズを含む。
【００５０】
時刻ｔ３５において、信号ＴＸ（ｎ＋３）がハイレベルになり、光電変換素子４０１（ｎ＋３）に蓄積されていた電荷が転送される。この時、選択トランジスタ４０５（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の電位に基づく第８信号を信号線４０６（ｍ）に出力する。第８信号は、ＩＲ画素の蓄積電荷に基づく画像信号と、先の第７信号を含む信号である。
【００５１】
次に、時刻ｔ３５において、信号ＳＥＬ（ｎ＋２、ｎ＋３）がローレベルとなり、信号ＲＥＳ（ｎ＋２、ｎ＋３）がハイレベルになる。この時、リセットトランジスタ４０３（ｎ＋２、ｎ＋３）は、ＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）の光電変換素子４０１（ｎ＋３）の信号をリセットする。
【００５２】
この時刻ｔ３６から時刻ｔ４１の間に、上述のｎ＋１行目、ｎ＋３行目の読み出し方法と同様な方法で、ｎ＋５行目から順次、ＩＲ画素の信号の読み出しが行われる。この時刻ｔ３１から時刻ｔ４１の間に、第２フレームである赤外光に基づく画像信号が出力される。そして、動画の場合には、時刻ｔ４１以降は、時刻ｔ１１からｔ４１までの動作が繰り返される。
【００５３】
このような読み出し方法を行うことで、可視光に基づく画像信号と、赤外光に基づく画像信号とを別々に読み出すことができ、信号処理が容易となる。また、ＩＲ画素の光電変換素子の信号蓄積時間が可視光画素の光電変換素子の信号蓄積時間よりも長くなるため、赤外光に対する感度を上げることができ、赤外光に基づく良好な画像信号を得ることができる。
【００５４】
次に信号処理について説明する。まず、読み出した赤外光に基づく画像信号において、例えば、図２の単位セル２０１を１つの画素信号とすることもできる。つまり、単位セル２０１に含まれる１２個のＩＲ画素の信号を加算することができる。このように画像信号を処理することで、更に、赤外光に基づく画像信号の感度を向上させることができる。この時、画像信号の加算は、画像信号を信号線に出力した後に行う。しかし、ＦＤノード４０７において、信号電荷を加算する方法を行うことも可能である。例えば、図８のＦＤノード４０７（ｎ、ｎ＋１）とＦＤノード４０７（ｎ＋２、ｎ＋３）とを接続するスイッチを設けてもよい。
【００５５】
また、他の画像信号の処理方法としては、赤外光の感度の向上が優先される場合には、赤外光の解像度を落としてＩＲ画素の信号は加算して使用すればよい。また、可視光の解像度が優先される場合には、ＩＲ画素を周辺の可視光画素により補完して使用すればよい。また、撮像装置において、これらの画像を切り替えて出力し、モニター上に交互に表示することで、高解像度の画像と高感度の画像を認識することができる。
【００５６】
また、読み出した画像信号については、以下のような処理を行うことができる。例えば、ＩＲ画素における可視光の情報を、周囲の可視光画素の色情報、および輝度情報により補完し、生成することができる。具体的には、ＩＲ画素（ｍ＋１、ｎ＋１）に対して、Ｒ画素（ｍ、ｎ）、Ｇ画素（ｍ＋２、ｎ）、Ｇ画素（ｍ、ｎ＋２）、Ｂ画素（ｍ＋２、ｎ＋２）の情報を用いればよい。図２のフィルタ配列によって、このような画像信号の処理が可能となる。
【００５７】
また、例えば、可視光画素における赤外光の情報を、周囲のＩＲ画素の情報により補完し、生成することができる。具体的には、Ｂ画素（ｍ＋２、ｎ＋２）に対して、ＩＲ画素（ｍ＋１、ｎ＋２）、ＩＲ画素（ｍ＋２、ｎ＋１）、ＩＲ画素（ｍ＋２、ｎ＋３）、ＩＲ画素（ｍ＋３、ｎ＋２）の情報を用いる。更には、ＩＲ画素（ｍ＋１、ｎ＋１）、ＩＲ画素（ｍ＋１、ｎ＋３）、ＩＲ画素（ｍ＋３、ｎ＋１）、ＩＲ画素（ｍ＋３、ｎ＋３）を加えてもよい。図２のフィルタ配列によって、このような画像信号の処理が可能となる。
【００５８】
更に、可視光画素のピッチを等間隔にすることで、具体的には、図２のようにＲフィルタとＢフィルタとＧフィルタとを１画素おきに設けることで、可視光画素のみを見れば、フィルタの配列は、通常のベイヤー配列となっている。となる。これによって、従来の信号処理部を使って、可視光の画像を形成できる。
【００５９】
本実施例の光電変換装置は、一般の半導体技術によって製造可能である。具体的には、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術、イオン注入技術、成膜技術などによって、半導体基板に素子を形成し、半導体基板の上部に、上述の配列を有するフィルタを形成すればよい。また、素子が形成された半導体基板の上に、別途形成したフィルタアレイを設置してもよい。これらフィルタ、あるいはフィルタアレイの形成方法についても、一般の技術によって製造可能である。
【００６０】
また、本実施例において、フィルタアレイを正方形であるものとして示したが、実際のフィルタアレイにおいては、複数のＩＲフィルタ同士は角で接続していてもよく、１つのＩＲフィルタであってもよい。後者の場合には、１つのＩＲフィルタが複数の開口を有し、複数の開口のそれぞれに、それぞれの可視光フィルタが位置する。この場合には、複数の開口のそれぞれの形状は任意の形状でよく、例えば、配列面におけるその外縁の形状が、円や、多角形でもよい。ここで、多角形とは、３以上の角を有する。なお、各フィルタは互いに接し、一方のフィルタの端部が他方のフィルタの端部の上に重ねて形成されていてもよい。この場合、各フィルタの外縁は、各フィルタの端部のうち、隣接するフィルタに接する面であり、かつ半導体基板の表面に対して垂直な方向に延在する面によって判断される。即ち、一方のフィルタの端部が他方のフィルタの端部に重なっており、平面視にて円形を有する場合であっても、一方のフィルタの面のうち隣接するフィルタに接する面であり、かつ半導体基板の表面に対して垂直な方向に延在する面により画定される領域が多角形で在る場合は、該フィルタは多角形であるといえる。
【００６１】
また、本実施例において、各フィルタの間に金属や黒の有機材料からなる遮光体を有していてもよい。遮光体は、可視光の波長範囲の光に対して不透明であればよく、ブラックマトリクスを含む。この場合には、配列面において、遮光体が、１つの可視光フィルタの複数の辺と、複数のＩＲフィルタの１つの辺との間に位置し、１つの可視光フィルタの複数の辺と接し、複数のＩＲフィルタの１つの辺と接する。また、遮光体が複数の開口を有し、複数の開口のそれぞれに、ＩＲフィルタあるいは可視光フィルタが位置する。この場合には、複数の開口のそれぞれの形状は任意の形状でよく、例えば、配列面における形状が、円や、多角形である。
【００６２】
（実施例２）
本実施例の光電変換装置を、フィルタ配列を示す図１０Ａ、および図１０Ｂを用いて説明する。本実施例の光電変換装置は、可視光フィルタの配列の点で実施例１と相違する。その他の構成は、実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。図１０Ａ、および図１０Ｂは、実施例１の図２に対応する図面であり、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
図２では、可視光フィルタは、１画素おきに配されており、単位セル２０１は、水平方向に４画素分と垂直方向に４画素分を含む範囲（４×４）を有していた。一方、図１０Ａでは、可視光フィルタは、行方向、列方向および対角方向において２画素おきに配されており、単位セル６００は、水平方向に６画素分と垂直方向に６画素分を含む範囲（６×６）を有する。また、図１０Ｂでは、可視光フィルタは、行方向、列方向および対角方向において３画素おきに配されており、単位セル６０１は、水平方向に８画素分と垂直方向に８画素分を含む範囲（８×８）を有する。
【００６４】
図１０Ａ、および図１０Ｂのフィルタ配列によれば、実施例１のフィルタ配列に比べて、赤外光フィルタの割合を高くすることができるため、より赤外光に対する感度を向上させることができる。
【００６５】
（実施例３）
本実施例の光電変換装置を、フィルタ配列を示す図１１を用いて説明する。本実施例の光電変換装置は、画素配列、および画素形状の点で実施例１と相違する。その他の構成は、実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。図１１Ａは、実施例１の図２に対応する図面であり、図１１Ｂは、実施例１の図５に対応する図面である。実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。また、図１１Ａでは、図２にて示した行列番号（ｎ、ｍ等）を省略している。
【００６６】
図１１Ａに示す画素部１０１における画素７００は、図２における画素２００を４５度回転させた構成となっている。画素は、図２においては、画素行が第１方向ａに沿い、画素列が第２方向ｂに沿うように配されていたが、図１１Ａにおいては、画素行が第３方向ｃに沿い、画素列が第４方向ｄに沿うように配されている。図１１Ｂは、図１１Ａに示すフィルタ配列の一部を拡大したものである。図１１Ｂに示すフィルタ配列は、図５に示すフィルタ配列を４５度回転させた構成となっている。各フィルタに対応して形成される開口ＡＰも、各フィルタと同様に、図５に示す開口に対して４５度回転させた構成となっている。
【００６７】
本実施例に示す画素列においても、行方向ｃ、列方向ｄ、対角方向ａおよびｂの各々において、可視光フィルタの間にＩＲフィルタが配された構成となっている。また、本実施例では、可視光画素のフィルタの配列が、ベイヤー配列ではない。このような画素配列、およびフィルタ配列であっても、可視光画素の周りにはＩＲ画素が設けられていればよい。
【００６８】
（実施例４）
本実施例の光電変換装置を、フィルタ配列を示す図１２を用いて説明する。本実施例の光電変換装置は、画素配列、および画素形状の点で実施例１と相違する。その他の構成は、実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。図１２Ａは、実施例１の図２に対応する図面であり、図１２Ｂは、実施例１の図５に対応する図面である。実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
図２に示す画素２００の外縁が四角形のところ、図１２Ａに示す画素部１０１における画素７０２は六角形を有する点が、実施例１と異なる。本実施例における画素配列においても、可視光画素をＩＲ画素が囲っている。具体的には、可視光画素の外縁の一辺に垂直な方向である、方向ａ、ｂ、ｃにおいては、各々の可視光画素の間に２つのＩＲ画素が配されている。可視光画素の対角方向である方向ｄ、ｅ、ｆにおいては、各々の可視光画素の角部がＩＲ画素の角部と接し、また、各々の可視光画素の間に、互いに隣接するＩＲ画素同士の境界領域が位置しており、可視光画素同士が対角方向において接しない構造となっている。このように、可視光画素とＩＲ画素の配列や形状、およびフィルタ配列が変わろうとも、それぞれの可視光フィルタの隣にＩＲフィルタが設けられ、ＩＲフィルタに囲まれていればよい。
【００７０】
（実施例５）
本実施例に係る光電変換装置を、図１３を用いて説明する。図１３はフィルタの配列を示したものである。本実施例の光電変換装置は、ＩＲフィルタに代わって白色光フィルタ（以下Ｗフィルタともいう）が配されている点で実施例１の光電変換装置と異なる。ＩＲフィルタが、近赤外光を選択的に透過させるフィルタであるのに対して、Ｗフィルタは、透過する光の波長に対して選択性を有さず、可視光および近赤外光の全ての波長の光を一様に透過させる。
【００７１】
図１４に、図１３におけるＸ−Ｘ´断面図を示す。カラーフィルタ層９５９は、ＩＲフィルタがＷフィルタに代わっている点以外は、実施例１と同様の構成である。本実施例では、Ｗフィルタは、マイクロレンズ９２３と同じ材料から構成され、透明である。Ｗフィルタは、隣接するＢ画素、Ｇ画素およびＲ画素と接するように形成されている。
【００７２】
（撮像装置について）
光電変換装置の応用例として、光電変換装置が組み込まれた撮像装置について例示的に説明する。撮像装置の概念には、撮影を主目的とするカメラのみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像装置は、上記の実施例として例示された光電変換装置と、光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。該信号処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含み、先に述べた加算等の処理を行うことができる。
【００７３】
以下、図１８を用いて、撮像装置８００として、カメラの概要を説明する。撮像装置８００は、例えば、光学部８１０、光電変換装置１００、信号処理部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システムコントロール部８６０、及び再生・表示部８７０を含む。タイミング制御部８５０等は光電変換装置１００と一体となっていてもよい。
【００７４】
レンズなどの光学系である光学部８１０は、被写体からの光を光電変換装置１００の、図１に示す画素部１０１に結像させ、被写体の像を形成する。光電変換装置１００は、タイミング制御部８５０からの信号に基づくタイミングで、図１の画素部１０１に結像された光に応じた信号を出力する。
【００７５】
光電変換装置１００から出力された信号は、信号処理部８３０に入力され、信号処理部８３０は、プログラムなどによって定められた方法に従って、入力された電気信号に対してＡＤ変換などの処理を行う。信号処理部８３０での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像が再生・表示させる。記録・通信部８４０は、また、信号処理部８３０からの信号を受けて、システムコントロール部８６０とも通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。
【００７６】
システムコントロール部８６０は、撮像装置の動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システムコントロール部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像装置の動作を制御するのに必要なプログラムなどが記録される。また、システムコントロール部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像装置内で供給する。具体的な例としては、実施例１に示した読み出し方法の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらしなどである。タイミング制御部８５０は、制御部であるシステムコントロール部８６０による制御に基づいて光電変換装置１００、および信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。
【００７７】
また、撮像装置には、医療用の画像システムも含まれる。例えば、赤外光は、生体に対して透過性を有する。予め、赤外光によって励起し、赤外蛍光を発する薬剤が注入された被写体の外よりその蛍光を観察することで、生体内を可視化しようとする技術が注目されている。このような分野において、体内からの蛍光を検知するとともに、体外の可視画素も同時に取得することが望まれている。各実施例によれば、体内からの蛍光を検知するとともに、体外の可視画素も同時に取得すること可能となり、同じ方向からの撮影を可能し、遠隔治療や、画像の拡大等の活用が可能である。
【００７８】
（信号補正について）
次に、上述した撮像装置の信号処理部８３０において行われる信号補正について、図１５乃至図１６を用いて説明する。
【００７９】
このとき、各画素で検出された信号に対して行われる補正について、図１５を用いて説明する。まず、撮像装置において、光電変換装置の前面に配される光学系より、画素部１０１の全領域に対して均一な光量の光が照射された場合を考える。このとき、画素部１０１上の位置に依存して、各画素へ入射する光量が異なる。即ち、画素部１０１の中心に位置する画素に対しては、画素の受光面に対してほぼ垂直な方向に光が入射するが、画素部１０１の周辺に位置する画素に対しては、画素の受光面に対して斜めに光が入射しやすい。
【００８０】
このときの、画素部１０１上の各領域における信号の違いを示したものが図１５である。図１５は、ある列の行方向における各画素への光の入射量を示したものである。図１５において、横軸は、ある特定の行における各領域の位置を示している。具体的には横軸の左端および右端が、画素部１０１における最外周の領域を示している。縦軸は、各領域に入射する光量を示している。縦軸は、区分された各領域における入射光量のうち、最も光量が大きい領域を１として、各領域に入射する光量を規格化したものが記載されている。画素部１０１に入射する光量は、通常、図１５に示されるように、画素部１０１の中心で最も大きく、画素部１０１の中心から外れるに従って小さくなる。従って、各画素に光が入射して電気信号に変換されたのち、これらの信号は、各画素の位置に依存する入射光量の差を補うように補正が行われる。具体的には、各領域における光量が全て１となるように、光信号の増幅値が決定される。
【００８１】
ここで、ＩＲ光と可視光では波長が異なり、それぞれ吸収される深さが異なる。このため、波長が長い光は、ＰＤ領域９０５に対して光が斜めに入射した場合、光がＰＤ領域９０５を斜め方向に抜けてＰ型不純物領域９０１などに達してしまう可能性が高くなる。従って、本発明に係る撮像装置においては、各画素に入射する光の波長に応じた補正も同時に行っている。
【００８２】
図１６は、赤色光とＩＲ光とを画素部１０１に照射した場合の、画素部１０１上の各領域における光信号量を示した図である。図１６の横軸および縦軸は図１５と同様である。図１６において、実線は赤色光を、破線はＩＲ光を示している。図１６に示されるように、特に画素部１０１の周辺領域において、ＩＲ光の信号が、赤色光に比べて小さくなる。より正確な画像情報を得るためには、このような光の波長に依存する入射光量の違いについても補正されることが好ましい。
【００８３】
上述した、光の波長に依存する入射光量の補正について、図１７を用いて説明する。図１７の横軸は、図１５および図１６と同様である。縦軸は、図１６において、赤色光の信号の強度をＩＲ光の信号の強度で割った値である。即ち、図１７の縦軸は、ＩＲ光に対する赤色光の信号の比を示している。本発明に係る撮像装置においては、図１５に示されるように、画素部１０１上の位置に依存する入射光量の差を補正した後、各画素で検出される光の波長に応じた信号の補正も行っている。なお、図１７では、補正の一例として赤色光とＩＲ光についてのみ述べたが、本発明に係る撮像装置では、同様に、青色光および緑色光との信号の比についても求めて補正を行っている。即ち、ＩＲ光に対する赤色光、青色光、緑色光の信号の比を求め、各画素で検出される光の波長に応じた信号の補正を行っている。
【００８４】
各実施例は適宜、変更や組み合わせが可能である。例えば、各実施例では、原色のカラーフィルタ（赤、緑、青）を用いたが、それらの配列は限定されず、適宜、並び替えが可能である。更には、原色のカラーフィルタの代わりに補色のカラーフィルタなどを用いることもできる。また、画素の平面形状は矩形に限らず、面積同一に限らず、三角形、六角形、楕円などの任意の形状や、面積の異なる画素を有していてもよく、フィルタと画素とが一対一で対応していなくてもよい。
【００８５】
また、上述した実施例では、第１の配線層９１３と第２の配線層９１５とによって、各光電変換領域に対応する位置に開口が区画されていた。これに対して、第１の配線層９１３、第２の配線層９１５、第３の配線層９１７のいずれか１つの配線層のみによって開口が区画されてもよい。また、これら３つの配線層によって開口が区画されていてもよい。
【００８６】
更に、各実施例では、表面照射型のＣＭＯＳ型光電変換装置を用いて説明を行ったが、表面照射でなく裏面照射型でもよく、ＣＣＤ型やＣＭＤ型などの各種光電変換装置でもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１０１  画素部
３００  画素
３０１  単位セル
９０５  光電変換領域
９１３  第１配線層
９１５  第２配線層
９１７  第３配線層
９１９  カラーフィルタ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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