(57)【要約】  固体撮像装置は、青色光、緑色光、赤色光および赤外光をそれぞれ受光して電気信号に変換する青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２、赤色光電変換素子１３および赤外光電変換素子１４を備え、青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３の上には赤外光を遮光する赤外遮光フィルターが積層される。赤外遮光フィルター上には青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３に対応して、それぞれ青色光、緑色光および赤色光を透過する色フィルターが積層される。赤外光電変換素子１４の上には青色光、緑色光および赤色光を遮光する可視光遮光フィルターが積層される。
2017200007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光を受光して電気信号に変換する赤色光電変換素子と、
緑色光を受光して電気信号に変換する緑色光電変換素子と、
青色光を受光して電気信号に変換する青色光電変換素子と、
赤外光を受光して電気信号に変換する赤外光電変換素子と、
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子それぞれの上に積層され、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、
前記赤色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、
前記緑色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、
前記青色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、
前記赤外光電変換素子の上に積層され、赤外光を透過し、赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターと、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子のそれぞれと前記赤外遮光フィルターとの間、ならびに、前記赤外光電変換素子と前記可視光遮光フィルターとの間に積層され、赤外光および可視光を透過し、紫外光を遮光する紫外遮光フィルターをさらに備える請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像装置と、
可視光および赤外光を読取対象物に照射する照射部と、
前記照射部から可視光および赤外光が照射された前記読取対象物の像を、前記固体撮像装置の上に結ぶレンズと、
前記固体撮像装置、前記照射部および前記レンズを保持する筐体と、
を備えるイメージセンサー。
【請求項４】
請求項２に記載の固体撮像装置と、
可視光、赤外光および紫外光を読取対象物に照射する照射部と、
前記照射部から可視光、赤外光および紫外光が照射された前記読取対象物の像を、前記固体撮像装置の上に結ぶレンズと、
前記固体撮像装置、前記照射部および前記レンズを保持する筐体と、
を備えるイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を備える固体撮像装置およびイメージセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光、青色光、緑色光、赤色光および赤外光に反応するインクで印刷された読取対象物の画像を読み取るイメージセンサーでは、紫外光、青色光、緑色光、赤色光および赤外光それぞれの波長域ごとに画像を読み取ることが必要である。読取対象物は、例えば紙幣または有価証券である。カラー画像を読み取るイメージセンサーでは、一般的には１ライン分の光電変換素子を用意し、１ラインについて各色の光源を順次切替え発光させて各色の１ラインの読み取りを行う。あるいは、例えばラインごとに透過色が異なる色フィルターを積層した複数ラインの光電変換素子を用意し、各色の波長の光を同時に発光させて、色ごとに異なる位置のラインの画像を読み取り、読み取った画像のラインの位置を合わせてカラー画像を得る。【０００３】
近年、固体撮像装置の傾向として光電変換素子の微細化と高速化が求められている。固体撮像装置の光源として各波長域のＬＥＤを順次切替え発光させる方式では、１ラインの読取に時間が掛かり読取速度を向上させることが困難である。そのため、それぞれ読み取る波長域に対応して特定の波長の光を透過させる色フィルターを光電変換素子上に積層し、複数の波長の光を同時に照射させて、各波長域の画像を同時に読み取る構成とすることで、読取速度を向上させる方式が求められている。【０００４】
受光素子の上に色フィルターが設けられた固体撮像装置が特許文献１に開示されている。特許文献１の固体撮像装置は、フォトダイオードの上に青、緑または赤のいずれかの光のみを透過する色フィルターが形成され、その上に可視光を透過し赤外光を遮断する赤外遮光フィルターが積層された受光部を備える。【０００５】
特許文献２には、フォトセンサアレイごとに、青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)、赤色(Ｒ)および中間色のいずれかの光を透過するフィルターをフォトセンサの上に有するイメージセンサーで、１つの光源を用いて同時に各色の画像を得る固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５２１３号公報
【特許文献２】特開２００５−１８４２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているような光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターを積層する構造では、色フィルターおよび赤外遮光フィルターは、一般的に顔料を添加した材料を光電変換素子上に積層することにより形成されるが、この製造方法では高精度の膜厚コントロールと均一性が重要である。【０００８】
色フィルターの膜厚は透過させたい波長の光の色純度に応じて決定され、各色で差が生じる。このため、特許文献１に記載されているような光電変換素子上に色フィルターを積層し、その上に赤外遮光フィルターを積層する構成では、隣接する色フィルター相互の段差により、隣接画素への光のにじみが発生したり、色フィルターの平坦性が不足し赤外遮光フィルターの特性が安定しないといった問題が起こる懸念があった。【０００９】
特許文献２に記載の技術では、青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)および赤色(Ｒ)の３原色に加えて中間色の色フィルターを備えることにより良好な画質の画像を得る構造が示されているが、赤外光の受光ができない。【００１０】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、色フィルターを用いる固体撮像装置において、隣接画素への光のにじみを抑制し、かつ、赤外遮光フィルターの特性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、赤色光電変換素子と、緑色光電変換素子と、青色光電変換素子と、赤外光電変換素子と、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、赤外光を透過し赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターとを備える。赤色光電変換素子は、赤色光を受光して電気信号に変換する。緑色光電変換素子は、緑色光を受光して電気信号に変換する。青色光電変換素子は、青色光を受光して電気信号に変換する。赤外光電変換素子は、赤外光を受光して電気信号に変換する。赤外遮光フィルターは、赤色光電変換素子、緑色光電変換素子および青色光電変換素子それぞれの上に積層されている。赤色フィルターは、赤色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。緑色フィルターは、緑色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。青色フィルターは、青色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。可視光遮光フィルターは、赤外光電変換素子の上に積層されている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、色フィルターを用いる固体撮像装置において、光電変換素子上に赤外遮光フィルターをまず積層し、その上に色フィルターを積層することで、隣接画素への光のにじみを抑制し、赤外遮光フィルターの特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るイメージセンサーの主走査方向に直交する断面図
【図２】実施の形態１に係る固体撮像装置における光電変換素子の配置図
【図３】赤外遮光フィルターを備えず色フィルターのみを備える固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図
【図４】実施の形態１に係る固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図
【図５】光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図
【図６】光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の光学作用を示す図
【図７】実施の形態１に係る固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図
【図８】実施の形態１に係る固体撮像装置の光学作用を示す図
【図９】光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の動作タイミングを示す図
【図１０】実施の形態１に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係るイメージセンサーの主走査方向に直交する断面図
【図１２】レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の光学作用を示す図
【図１３】実施の形態２に係る固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図
【図１４】実施の形態２に係る固体撮像装置の光学作用を示す図
【図１５】実施の形態２に係る固体撮像装置および他の固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図
【図１６】レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の動作タイミングを示す図
【図１７】実施の形態２に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るイメージセンサーの主走査方向に直交する断面図である。主走査方向は、図１の紙面に直交する方向である。イメージセンサー１は、主走査方向に延在し光を側面から読取対象物に出射する導光体２と、導光体２を保持する導光体ケース３と、主走査方向に並べて配置され、それぞれ読取対象物の像を結ぶレンズ６と、レンズ６と読取対象物との間に設置される透明板７と、レンズ６が結んだ像を電気信号に変換して出力する固体撮像装置８と、固体撮像装置８が実装されたセンサー基板９と、これらの部材を保持する筐体１０とを備える。透明板７の上面に平行で、かつ、主走査方向に直交する方向が副走査方向である。
【００１６】
導光体２には、光源から端面に可視光および赤外光が照射され、入射した光を主走査方向に伝播するとともに、側面から可視光および赤外光を読取対象物に向けて照射する。導光体ケース３は、主走査方向に延在する反射板を備える。導光体２の側面から導光体ケース３に洩れた光は、導光体ケース３の反射板で反射されて導光体２に再び入射する。導光体２および図示されない光源は、照射部を構成する。レンズ６は、可視光および赤外光が照射された読取対象物の像を、固体撮像装置８の上に結ぶ。固体撮像装置８は、レンズ６で結ばれた像から光電変換で、各素子に当たる光の強さに応じた電気信号に変換する。
【００１７】
イメージセンサー１は、レンズ６を間に挟んで副走査方向に並んで配置される２本の導光体２を備える。光源および導光体２の数は２つに限らない。
【００１８】
図２は、実施の形態１に係る固体撮像装置の光電変換素子の配置図である。固体撮像装置８は、半導体基板１００の上に、青色光を受光して電気信号に変換する青色光電変換素子１１と、緑色光を受光して電気信号に変換する緑色光電変換素子１２と、赤色光を受光して電気信号に変換する赤色光電変換素子１３と、赤外光を受光して電気信号に変換する赤外光電変換素子１４とが、それぞれ主走査方向に１列ずつ４列で配置されている。以下、青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２、赤色光電変換素子１３および赤外光電変換素子１４を総称する場合には単に光電変換素子という。光電変換素子はフォトダイオード、フォトトランジスタ等の半導体素子であり波長選択性を有していないため、カラー画像を得るにはこれらの光電変換素子上に色フィルターを備える必要がある。
【００１９】
固体撮像装置８は、光電変換素子の上面に赤外遮光フィルターおよび色フィルターの順に備える。色フィルターは可視光の中の特定の波長域の可視光を透過させ、それ以外の波長域の光を減衰するフィルターである。色フィルターは顔料をベースとしたカラーレジストを塗布し、露光・現像によりパターン形成を行い、同工程を青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)および赤色(Ｒ)の各色で繰り返して形成するフォトリソグラフィ法により製造される。赤外遮光フィルターは赤外光を遮光し、可視光を透過するフィルターである。赤外遮光フィルタの製造には一般的に蒸着で形成する方法が用いられる。赤外遮光フィルターは、異なる屈折率を持つ蒸着物質を決められた厚さで組み合わせて積層した薄膜であり、各層の膜厚を適切に設計することにより赤外光の波長域だけを減衰し、それ以外の波長域の光を透過する特性を持たせている。
【００２０】
半導体基板１００上には、光電変換素子からの信号を処理する画素回路部と、電源の供給および外部との信号のやり取りを行うパッド部が配置されている。通常、ＩＣの表面にはパッシベーション膜を形成するが、固体撮像装置８では、光電変換素子上に色フィルターを積層するので、色フィルターとパッシベーション膜の界面において特性の変化が生じる。このため、固体撮像装置８のパッシベーション膜（図中、斜線部分）は、図２に示すように光電変換素子上の部分を取り除いた構造とする。ここで、光電変換素子上に赤外遮光フィルターを備えず色フィルターのみを備える固体撮像装置と実施の形態１に係る固体撮像装置８との分光感度特性の違いについて説明する。
【００２１】
図３は、赤外遮光フィルターを備えず色フィルターのみを備える固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図である。光電変換素子上に赤外遮光フィルターを備えず色フィルターのみを備える場合、図３に示すように、青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３は、色フィルターを透過した光だけでなく赤外光も受光してしまう。
【００２２】
図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図である。固体撮像装置８のように、光電変換素子上に赤外遮光フィルターおよび色フィルターを実装することにより、青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２、赤色光電変換素子１３および赤外光電変換素子１４がそれぞれ、青色光、緑色光、赤色光および赤外光のみを受光し、光電変換素子の分光感度は図４に示すような特性となる。続いて、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置と実施の形態１に係る固体撮像装置８との違いについて説明する。
【００２３】
図５は、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図である。色フィルターの膜厚は透過させたい波長の光の色純度に応じて決定され、各色フィルターの膜厚は、例えば、青色フィルター：２．１μｍ、緑色フィルター：１．９μｍ、赤色フィルター：１．８μｍといったように各色で差が生じる。このため、光電変換素子上に色フィルターを積層し、その上に赤外遮光フィルターを積層する構成では、図５に示すような隣接する色フィルター間の段差により、隣接画素へのにじみが生じたり、平坦性が不足して赤外遮光フィルターの蒸着膜の特性が安定しないといった問題が起こる可能性がある。
【００２４】
図６は、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の光学作用を示す図である。図６に示すように、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層される場合、上方から白色光（可視光＋赤外光）が入射すると、赤外遮光フィルターが波長に応じて異なる性質を示すため、赤外遮光フィルターを通過する前とは異なる強度分布を持った状態で各色フィルターに入射する。赤外遮光フィルターは、その下の色フィルターに段差があるため、赤外光を遮光する特性が安定せず、赤外光の一部が透過する可能性がある。赤色フィルターは８００ｎｍ付近の波長の光に対しても透過率を有するため、赤色光を検出する赤色光電変換素子１３は赤外光の一部を赤色の光として検出してしまう。
【００２５】
図７は、実施の形態１に係る固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図である。固体撮像装置８では、可視光の青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)、赤色(Ｒ)の各波長の光をそれぞれ受光する青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３それぞれの上に一様に赤外遮光フィルターが積層されている。赤外光を受光する赤外光電変換素子１４上には可視光遮光フィルターが積層されている。青色光電変換素子１１の上の赤外遮光フィルターの上には、青色(Ｂ)の波長の光を透過する青色フィルターが積層されている。緑色光電変換素子１２の上の赤外遮光フィルターの上には、緑色(Ｇ)の波長の光を透過する緑色フィルターが積層されている。赤色光電変換素子１３の上の赤外遮光フィルターの上には、赤色(Ｒ)の波長の光を透過する赤色フィルターが積層されている。図７に示すように、各色の光電変換素子上に赤外遮光フィルターの蒸着膜をまず積層し、その上にそれぞれの色フィルターを積層することで蒸着膜が安定して形成され、赤外遮光フィルターの特性の安定化と隣接画素へのにじみ抑制が可能となり、良好な画質のカラー画像を得ることができる。
【００２６】
図８は、実施の形態１に係る固体撮像装置の光学作用を示す図である。固体撮像装置８では、図８に示すように、上方から白色光（可視光＋赤外光）が入射すると、各色の色フィルターを通過した後に赤外遮光フィルターを通過するため、可視光領域外の波長の光は減衰した状態で赤外遮光フィルターに入射し、赤色フィルターにより残留した赤外光がさらに減衰する効果が得られる。これにより、にじみの無い良好な画質のカラー画像を得ることができる。ここで、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置と実施の形態１に係る固体撮像装置８との動作タイミングの違いについて説明する。
【００２７】
図９は、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の場合、前述のように、白色光（可視光＋赤外光）を照射すると、隣接画素へのにじみが発生したり、赤色光電変換素子１３が赤外光の一部を赤色の光として検出してしまったりするので、良好な画質のカラー画像を得るためには、図９に示すように、青色光・緑色光・赤色光・赤外光の順に合計４回照射されるそれぞれのタイミングで画像の読取を行う必要がある。
【００２８】
図１０は、実施の形態１に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。固体撮像装置８では、前述のように、白色光（可視光＋赤外光）を照射してもにじみの無い良好な画質のカラー画像を得ることができるので、図１０に示すように、可視光＋赤外光が同時照射される１回のタイミングで画像の読取が可能となる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態１の固体撮像装置８によれば、光電変換素子上に赤外遮光フィルターをまず積層し、その上に色フィルターを積層することで、隣接画素へのにじみ抑制や蒸着膜の特性を確保し、製造工程を追加することなく、読取速度を向上させ、良好な画質のカラー画像を得ることができる。また、青色光・緑色光・赤色光・赤外光を順次照射する必要がなく、読取時間を短縮することができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態２では、イメージセンサー１において、青色光、緑色光、赤色光および赤外光に加えて紫外光に反応するインクの読取が必要となる場合の固体撮像装置８について説明する。
【００３１】
図１１は、本発明の実施の形態２に係るイメージセンサーの主走査方向に直交する断面図である。実施の形態２に係るイメージセンサー１は、主走査方向に延在し光を側面から読取対象物に出射する導光体２と、主走査方向に並べて配置され、紫外光を読取対象物に照射する紫外光源２０と、主走査方向に並べて配置され、それぞれ読取対象物の像を結ぶレンズ６と、レンズ６と読取対象物との間に設置される透明板７と、レンズ６が結んだ像を電気信号に変換して出力する固体撮像装置８と、固体撮像装置８が実装されたセンサー基板９と、これらの部材を保持する筐体１０とを備える。導光体２および紫外光源２０は、レンズ６を間に挟んで副走査方向に並んで配置される。
【００３２】
導光体２には、光源から端面に可視光および赤外光が照射され、入射した光を主走査方向に伝播するとともに、側面から可視光および赤外光を読取対象物に向けて照射する。レンズ６は、可視光、赤外光および紫外光が照射された読取対象物の像を、固体撮像装置８の上に結ぶ。固体撮像装置８は、レンズ６で結ばれた像から可視光および赤外光を受光して光電変換で、各素子に当たる光の強さに応じた電気信号に変換する。
【００３３】
イメージセンサー１は、固体撮像装置８とは別に、レンズ６で結ばれた像から紫外光を受光して光電変換により光の強さに応じた電気信号に変換して出力するＵＶ撮像装置を備える。実施の形態２の固体撮像装置８の光電変換素子の配置は図２と同様である。固体撮像装置８およびＵＶ撮像装置は、実施の形態１と同様に、光電変換素子の上のパッシベーション膜が取り除かれた構造である。光源、導光体２および紫外光源２０は、照射部を構成する。イメージセンサー１は、紫外光源２０を別に備えず、可視光、赤外光および紫外光を照射する光源を備える構成にしてもよい。この場合、光源および導光体２は、照射部である。また、光源および導光体２の数は１つに限らない。
【００３４】
実施の形態２では、固体撮像装置８は、光電変換素子の上面に紫外遮光フィルター、赤外遮光フィルターおよび色フィルターの順に備える。紫外遮光フィルターは紫外光を遮光し、可視光および赤外光を透過させるフィルターであり、製造には一般的に蒸着で形成する方法が用いられる。紫外遮光フィルターは、基板に異なる屈折率を持つ蒸着物質を決められた厚さで組み合わせて積層した薄膜であり、各層の膜厚を適切に設計することにより紫外光の波長域だけを減衰し、それ以外の波長域の光を透過する特性を持たせている。赤外遮光フィルターおよび色フィルターは実施の形態１に示す方法と同様の方法で製造する。
【００３５】
一般的には、イメージセンサーにおいて紫外光に反応するインクの読取が必要となる場合、レンズと可視光および赤外光を受光する固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターを挿入する。このため、紫外光の受光の要否に応じて異なるイメージセンサーを使用する必要があった。ここで、レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置と実施の形態２に係る固体撮像装置８との違いについて説明する。
【００３６】
図１２は、レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の光学作用を示す図である。図１２に示すように、レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層される固体撮像装置の場合、上方から白色光（可視光＋赤外光＋紫外光）が入射すると、紫外遮光フィルターおよび赤外遮光フィルターが波長に応じて異なる性質を示すため、紫外遮光フィルターおよび赤外遮光フィルターを通過する前とは異なる強度分布を持った状態で各色フィルターに入射する。赤外遮光フィルターは、その下の色フィルターに段差があるため、赤外光を遮光する特性が安定せず、赤外光の一部が透過する可能性がある。赤色フィルターは８００ｎｍ付近の波長の光に対しても透過率を有するため、赤色光を検出する赤色光電変換素子１３は赤外光の一部を赤色の光として検出してしまう。
【００３７】
図１２では、赤外遮光フィルターの上面が平らに描かれているが、その下の色フィルターに段差があるので、実際には赤外遮光フィルターの上面に段差が生じる。そのため、紫外遮光フィルターも色フィルターの段差の影響を受けて、紫外光を遮光する特性が安定せず、紫外光の一部が透過する可能性がある。青色フィルターは４００ｎｍ以下の波長の光に対しても透過率を有するため、青色光を検出する青色光電変換素子１１は紫外光の一部を青色の光として検出してしまう。図５および図６の場合と同様に、隣接する色フィルター間の段差により、隣接画素へのにじみが発生したり、平坦性が不足して赤外遮光フィルターの蒸着膜の特性が安定しないといった問題が起こる可能性がある。
【００３８】
図１３は、実施の形態２に係る固体撮像装置の層の重なりを示す概略断面図である。固体撮像装置８では、すべての光電素子上に一様に紫外遮光フィルターが積層されている。可視光の青色(Ｂ)、緑色(Ｇ)、赤色(Ｒ)の各波長の光をそれぞれ受光する青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３それぞれの上の、紫外光遮光フィルターの上に一様に赤外遮光フィルターが積層されている。赤外光を受光する赤外光電変換素子１４上の紫外遮光フィルターの上には可視光遮光フィルターが積層されている。
【００３９】
青色光電変換素子１１の上の赤外遮光フィルターの上には、青色(Ｂ)の波長の光を透過する青色フィルターが積層されている。緑色光電変換素子１２の上の赤外遮光フィルターの上には、緑色(Ｇ)の波長の光を透過する緑色フィルターが積層されている。赤色光電変換素子１３の上の赤外遮光フィルターの上には、赤色(Ｒ)の波長の光を透過する赤色フィルターが積層されている。
【００４０】
図１３に示すように、光電変換素子上に紫外遮光フィルターの蒸着膜をまず積層し、青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２および赤色光電変換素子１３それぞれの上の、紫外光遮光フィルターの上に赤外遮光フィルターの蒸着膜を積層する。そして、赤外遮光フィルターの上に色フィルターを積層することで蒸着膜が安定して成膜され、特性の安定化と隣接画素へのにじみ抑制が可能となり、良好な画質のカラー画像を得ることができる。
【００４１】
図１４は、実施の形態２に係る固体撮像装置の光学作用を示す図である。固体撮像装置８では、図１４に示すように、上方から白色光（可視光＋赤外光＋紫外光）が入射すると、各色の色フィルターを通過後に赤外遮光フィルターおよび紫外遮光フィルターを通過するため、可視光領域外の波長の光は減衰した状態で赤外遮光フィルターおよび紫外遮光フィルターに入射し、赤色フィルターにより残留した赤外光がさらに減衰し、青色フィルターにより残留した紫外光がさらに減衰する効果が得られる。そして、赤外遮光フィルターおよび紫外遮光フィルターはそれぞれ、膜厚が一定で遮光する特定が安定するので、本来の減衰特性が得られる。その結果、赤色光電変換素子１３に入射する赤外光および青色光電変換素子１１に入射する紫外光を減少させることができる。これにより、にじみの無い良好な画質のカラー画像を得ることができる。
【００４２】
図１５は、実施の形態２に係る固体撮像装置および他の固体撮像装置の各光電変換素子の分光感度特性を示す図である。固体撮像装置８のように、光電変換素子上に紫外遮光フィルター、赤外遮光フィルターおよび色フィルターを順に実装することにより、固体撮像装置８の青色光電変換素子１１、緑色光電変換素子１２、赤色光電変換素子１３および赤外光電変換素子１４がそれぞれ、青色光、緑色光、赤色光および赤外光を受光し、他の固体撮像装置の光電変換素子が紫外光を受光し、各光電変換素子の分光感度は図１５に示すような特性となる。続いて、レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置と実施の形態２に係る固体撮像装置８と動作タイミングの違いについて説明する。
【００４３】
図１６は、レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。レンズと固体撮像装置との間に紫外遮光フィルターが挿入され、光電変換素子上に色フィルターおよび赤外遮光フィルターの順に積層された固体撮像装置の場合、前述のように、白色光（可視光＋赤外光＋紫外光）を照射すると、隣接画素へのにじみが発生したり、赤色光電変換素子１３が赤外光の一部を赤色の光として検出してしまったり、青色光電変換素子１１が紫外光の一部を青色の光として検出してしまったりするので、良好な画質のカラー画像を得るためには、図１６に示すように、紫外光・青色光・緑色光・赤色光・赤外光の順に合計５回照射されるそれぞれのタイミングで画像の読取を行う必要がある。
【００４４】
図１７は、実施の形態２に係る固体撮像装置の動作タイミングを示す図である。固体撮像装置８では、前述のように、白色光（可視光＋赤外光＋紫外光）を照射してもにじみの無い良好な画質のカラー画像を得ることができるので、図１７に示すように、可視光＋赤外光が同時照射されたタイミングと紫外光が照射された２回タイミングで画像の読取が可能となる。なお、イメージセンサー１が紫外光源２０を別に備えず、可視光、赤外光および紫外光を照射する光源を備える構成の場合には、可視光＋赤外光＋紫外光が同時照射される１回のタイミングで画像の読取を行ってもよい。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態２の固体撮像装置８によれば、紫外光に反応するインクの読取が必要となる場合も、光電変換素子上に紫外遮光フィルターおよび赤外遮光フィルターの蒸着膜をまず積層し、その上に色フィルターを積層することで、隣接画素へのにじみ抑制や蒸着膜の特性を確保し、製造工程を追加することなく、読取速度を向上させ、良好な画質のカラー画像を得ることができる。また、紫外光・青色光・緑色光・赤色光・赤外光を順次照射する必要がなく、読取時間を短縮することができる。さらに、紫外遮光フィルターを固体撮像装置８が備えることで、イメージセンサー１において、固体撮像装置８と、紫外光を受光して光電変換する他の固体撮像装置とを共用することが可能となる。
【００４６】
本発明は、読取対象物からの反射光を受光するイメージセンサーに限らず、読取対象物からの透過光を受光するイメージセンサーや、読取対象の媒体からの反射光および透過光を受光するイメージセンサーに適用してもよい。
【００４７】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【００４８】
本出願は、２０１６年５月１９日に出願された、日本国特許出願特願２０１６−１００６８６号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１６−１００６８６号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１  イメージセンサー、２  導光体、３  導光体ケース、６  レンズ、７  透明板、８  固体撮像装置、９  センサー基板、１０  筐体、１１  青色光電変換素子、１２  緑色光電変換素子、１３  赤色光電変換素子、１４  赤外光電変換素子、２０  紫外光源、１００  半導体基板。
【図１】
2017200007.tif 000003
【図２】
2017200007.tif 000004
【図３】
2017200007.tif 000005
【図４】
2017200007.tif 000006
【図５】
2017200007.tif 000007
【図６】
2017200007.tif 000008
【図７】
2017200007.tif 000009
【図８】
2017200007.tif 000010
【図９】
2017200007.tif 000011
【図１０】
2017200007.tif 000012
【図１１】
2017200007.tif 000013
【図１２】
2017200007.tif 000014
【図１３】
2017200007.tif 000015
【図１４】
2017200007.tif 000016
【図１５】
2017200007.tif 000017
【図１６】
2017200007.tif 000018
【図１７】
2017200007.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月15日(2017.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、赤色光電変換素子と、緑色光電変換素子と、青色光電変換素子と、赤外光電変換素子と、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、赤外光を透過し赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターとを備える。赤色光電変換素子は、赤色光を受光して電気信号に変換する。緑色光電変換素子は、緑色光を受光して電気信号に変換する。青色光電変換素子は、青色光を受光して電気信号に変換する。赤外光電変換素子は、赤外光を受光して電気信号に変換する。赤外遮光フィルターは、赤色光電変換素子、緑色光電変換素子および青色光電変換素子それぞれの上に積層されている。赤色フィルターは、赤色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。緑色フィルターは、緑色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。青色フィルターは、青色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。可視光遮光フィルターは、赤外光電変換素子の上に積層されている。固体撮像装置はさらに、赤色光電変換素子、緑色光電変換素子および青色光電変換素子のそれぞれと赤外遮光フィルターとの間、ならびに、赤外光電変換素子と可視光遮光フィルターとの間に積層され、赤外光および可視光を透過し、紫外光を遮光する紫外遮光フィルターを備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光を受光して電気信号に変換する赤色光電変換素子と、
緑色光を受光して電気信号に変換する緑色光電変換素子と、
青色光を受光して電気信号に変換する青色光電変換素子と、
赤外光を受光して電気信号に変換する赤外光電変換素子と、
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子それぞれの上に積層され、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、
前記赤色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、
前記緑色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、
前記青色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、
前記赤外光電変換素子の上に積層され、赤外光を透過し、赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターと、
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子のそれぞれと前記赤外遮光フィルターとの間、ならびに、前記赤外光電変換素子と前記可視光遮光フィルターとの間に積層され、赤外光および可視光を透過し、紫外光を遮光する紫外遮光フィルターと、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置と、
可視光、赤外光および紫外光を読取対象物に照射する照射部と、
前記照射部から可視光、赤外光および紫外光が照射された前記読取対象物の像を、前記固体撮像装置の上に結ぶレンズと、
前記固体撮像装置、前記照射部および前記レンズを保持する筐体と、
を備えるイメージセンサー。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月19日(2018.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、赤色光電変換素子と、緑色光電変換素子と、青色光電変換素子と、赤外光電変換素子と、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、赤外光を透過し赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターとを備える。赤色光電変換素子は、赤色光を受光して電気信号に変換する。緑色光電変換素子は、緑色光を受光して電気信号に変換する。青色光電変換素子は、青色光を受光して電気信号に変換する。赤外光電変換素子は、赤外光を受光して電気信号に変換する。赤外遮光フィルターは、赤色光電変換素子、緑色光電変換素子および青色光電変換素子それぞれの上に膜厚が一定に積層されている。赤色フィルターは、赤色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。緑色フィルターは、緑色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。青色フィルターは、青色光電変換素子の上の赤外遮光フィルターの上に積層されている。可視光遮光フィルターは、赤外光電変換素子の上に積層されている。固体撮像装置はさらに、赤色光電変換素子、緑色光電変換素子および青色光電変換素子のそれぞれと赤外遮光フィルターとの間、ならびに、赤外光電変換素子と可視光遮光フィルターとの間に膜厚が一定に積層され、赤外光および可視光を透過し、紫外光を遮光する紫外遮光フィルターを備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
赤色光を受光して電気信号に変換する赤色光電変換素子と、
緑色光を受光して電気信号に変換する緑色光電変換素子と、
青色光を受光して電気信号に変換する青色光電変換素子と、
赤外光を受光して電気信号に変換する赤外光電変換素子と、
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子それぞれの上に膜厚が一定に積層され、赤外光を遮光する赤外遮光フィルターと、
前記赤色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、赤色の波長の光を透過する赤色フィルターと、
前記緑色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、緑色の波長の光を透過する緑色フィルターと、
前記青色光電変換素子の上の前記赤外遮光フィルターの上に積層され、青色の波長の光を透過する青色フィルターと、
前記赤外光電変換素子の上に積層され、赤外光を透過し、赤色光、緑色光および青色光を遮光する可視光遮光フィルターと、
前記赤色光電変換素子、前記緑色光電変換素子および前記青色光電変換素子のそれぞれと前記赤外遮光フィルターとの間、ならびに、前記赤外光電変換素子と前記可視光遮光フィルターとの間に膜厚が一定に積層され、赤外光および可視光を透過し、紫外光を遮光する紫外遮光フィルターと、
を備える固体撮像装置。
【国際調査報告】
2017200007.tif 000020
2017200007.tif 000021
2017200007.tif 000022
2017200007.tif 000023