(57)【要約】【課題】クロストークによる画質劣化を低減する固体撮像装置および撮像モジュールを提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、二次元状に配置された複数の画素部と、前記複数の画素部に跨って形成され入射光を電荷に変換する光電変換膜１０９と、光電変換膜１０９の上部に形成された透明電極１１０と、画素部毎に形成され、光電変換膜１０９の下部に形成された画素電極１０８と、画素部毎に、光電変換膜１０９への入射光の一部を遮光する遮光部１１２とを備える。【選択図】図１
2015216177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配置された複数の画素部と、
前記複数の画素部に跨って形成され、入射光を電荷に変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の上部に形成された透明電極と、
前記画素部毎に形成され、前記光電変換膜の下部に形成された画素電極と、
前記画素部毎に、前記光電変換膜への入射光の一部を遮光する遮光部とを備える
固体撮像装置。
【請求項２】
前記遮光部は、前記画素部毎に開口を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素部の一部は光学的黒画素であり、
前記光学的黒画素は、前記光電変換膜上部に遮光材を有し、
前記遮光部の材料は、前記遮光材と同じである
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光部の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、タンタル（Ｔａ）、および、遷移金属ケイ化物の少なくとも１つを含む
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置を実装した基材とを備える
撮像モジュール。
【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モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の表面上方に積層された第１電極膜と、画素毎に区分けされた複数の第２電極膜と、第１電極膜と複数の第２電極膜の間に光電変換膜が形成された積層型の固体撮像装置が実用化されている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２は、このような積層型の固体撮像装置の有効画素領域の外側に遮光膜を設けたＯＢ（Optical Black:光学的黒画素）部を有する。これにより、品質の高い撮像画像を得ることが可能となる。また、ＯＢ部から精度の高い暗時の基準信号を得ることができ、高Ｓ／Ｎの高品質な撮像画像信号を得ることが可能となる。セル内を遮光する遮光材がないために、高感度であり少ない光量でも撮像可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９８８５５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２８６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術によれば白黒の固体撮像装置の場合は、クロストークにともなう解像度の低下の問題がある。また、単板カラーの固体撮像装置であれば、隣の画素のカラーフィルターの色が異なるために、色が混ざりあう混色という分光特性に影響をもたらす。すなわち、白黒及びカラー固体撮像装置とも、隣接画素からの入射光が混入することによって画像ボケが生じ、画質が劣化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本開示は、クロストークによる画質劣化を低減する固体撮像装置および撮像モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る固体撮像装置は、二次元状に配置された複数の画素部と、前記複数の画素部に跨って形成され入射光を電荷に変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の上部に形成された透明電極と、前記画素部毎に形成され、前記光電変換膜の下部に形成された画素電極と、前記画素部毎に、前記光電変換膜への入射光の一部を遮光する遮光部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示における固体撮像装置および撮像モジュールによれば、クロストークによる画質劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態における固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図２】実施の形態における１つの画素部と、その画素部に含まれる遮光部を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】垂直光を受ける被写体および固体撮像装置を示す断面図である。
【図３Ｂ】実施の形態における斜め光を受ける被写体および固体撮像装置を示す断面図である。
【図４Ａ】実施の形態における光源ａから入射する光線を示す説明図である。
【図４Ｂ】実施の形態における光源ａ〜光源ｄから入射する光線を示す説明図である。
【図５】実施形態における光源と、被写体および光電変換膜との距離関係を示す断面図である。
【図６】実施形態における固体撮像装置を示す平面図である。
【図７Ａ】変形例における光源ａから入射する光線を示す説明図である。
【図７Ｂ】変形例における光源ａ〜光源ｄから入射する光線を示す説明図である。
【図８Ａ】垂直光を受ける被写体および比較例の固体撮像装置を示す断面図である。
【図８Ｂ】斜め光を受ける被写体および比較例の固体撮像装置を示す断面図である。
【図９】実施の形態における撮像モジュールおよび被写体付きの電子プレパラートの構成例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態における撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態における撮像システムの撮像例を示す説明図である。
【図１２】実施の形態における撮像システムの他の撮像例を示す説明図である。
【図１３】実施の形態における撮像システムの超解像の例を示す説明図である。
【図１４】従来技術における固体撮像装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した、固体撮像装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１１】
一般に、撮像装置には、多数の光電変換部が撮像面内に行および列状に配列された２次元イメージセンサとして固体撮像装置が採用されている。光電変換部は、典型的には、半導体層または半導体基板に形成されたフォトダイオードであり、入射光を受けて電荷を生成する。２次元イメージセンサの解像度は、撮像面上における光電変換部の配列ピッチまたは配列密度に依存する。近年では、個々の光電変換部の配列ピッチは、可視光の波長程度まで短くなっているため、解像度を更に向上させることは極めて困難である。
【００１２】
固体撮像装置によって取得される画像は、多数の画素部によって規定される。各画素部は、１つの光電変換部を含む単位領域によって区画されている。撮像面上において、配線が占有する領域が存在するため、１つの光電変換部の受光面積Ｓ２は、１つの画素部の面積Ｓ１よりも小さい。画素部の面積Ｓ１に対する受光面積Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）は、「開口率」と呼ばれている。開口率（Ｓ２／Ｓ１）は、例えば２５％程度の値をとり得る。開口率が小さいと、光電変換に用いられる入射光量が少なくなるため、固体撮像装置が出力する画素信号の質が低下する。撮像面に対向するようにマイクロレンズアレイを配置し、個々のマイクロレンズが個々の光電変換部に対向し、集光する構成を採用すれば、受光面積Ｓ２を実効的に拡大し、開口率（Ｓ２／Ｓ１）を高めて１に近づけることが可能である。しかし、このように開口率（Ｓ２／Ｓ１）を高めても、画素部の配列ピッチおよび配列密度は増加しないので、解像度は変化しない。
【００１３】
ＤＳＣ（Digital Still Camera）などに使われる固体撮像素子は、高感度化を実現するためにＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサーとも光電変換部の開口率（Ｓ２／Ｓ１）を大きくすることが精力的に行われている。その中でも、光電変換部を配線上部に配置する積層型センサーは、高開口率にともなう高感度化で従来の配線下に光電変換部を配置したＦＳＩ（Front side illuminated image sensor）と比較して高画質化の点で非常に注目されている固体撮像素子である。しかし、このように積層型センサー用いて開口率を高めても、画素部の配列ピッチおよび配列密度は増加しないので、解像度は変化しない。
【００１４】
特許文献１および特許文献２は、このような積層型の固体撮像装置の有効画素領域の外側に遮光膜を設けたＯＢ（Optical Black:光学的黒画素）部を有する。これにより、高感度の品質の高い撮像画像を得ることが可能となる。
【００１５】
図１４は、従来技術における固体撮像装置の平面図を示す。同図では、有効画素領域の一部とＯＢ部の一部を示している。有効画素部の破線は、縦横５個の画素部を表している。画素部のセルサイズＡと開口サイズＢとが同じであり、開口率が１００％であることから高感度である。また、ＯＢ部からは精度の高い暗時の基準信号を得ることができ、暗時でも高Ｓ／Ｎの高品質な撮像画像信号を得ることが可能となる。
【００１６】
ところが、隣接する画素部からの入射光が混入し易くクロストークの問題がある。
【００１７】
加えて、開口率が１であることは、高感度化というメリットがある反面、複数枚の画像を用いて画素補間する超解像による高解像度化に適していないという問題がある。より詳しく言うと、一般に、超解像は低解像度の複数枚の画像を用いて画素補間することにより高解像度の画像を生成することをいう。超解像では、１枚の低解像度の画像の欠落している部分（１／２、１／３等のサブピクセル位置の情報）を、他の画像によって補間する。しかし、開口率が１の場合、１枚の低解像度の画像に欠落している部分が極めて小さいので、つまり、１つの画素部にサブピクセル位置の情報も混入しているので、超解像しても鮮明な高解像度画像を得ることが困難である。
【００１８】
このような問題を解決するため、本開示の一態様に係る固体撮像装置は、二次元状に配置された複数の画素部と、前記複数の画素部に跨って形成され入射光を電荷に変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の上部に形成された透明電極と、前記画素部毎に形成され、前記光電変換膜の下部に形成された画素電極と、前記画素部毎に、前記光電変換膜への入射光の一部を遮光する遮光部とを備える。
【００１９】
これにより、クロストークによる画質劣化を低減することができる。
【００２０】
ここで、前記遮光部は、前記画素部毎に開口を有してもよい。
【００２１】
これにより、クロストークによる画質劣化を低減し、さらに、超解像に適した画像を得ることができる。
【００２２】
ここで、前記複数の画素部の一部は光学的黒画素であり、前記光学的黒画素は、前記光電変換膜上部に遮光材を有し、前記遮光部の材料は、前記遮光材と同じであってもよい。
【００２３】
これにより、光学的黒画素の遮光材と同じ製造プロセスで遮光部を製造することができ、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００２４】
ここで、前記遮光部の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、タンタル（Ｔａ）、および、遷移金属ケイ化物の少なくとも１つを含んでもよい。
【００２５】
これにより、遮光部は、不透明な金属材料、またはシリサイドにより形成することができる。
【００２６】
また、本開示の一態様に係る撮像モジュールは、上記の固体撮像装置と、前記固体撮像装置を実装した基材とを備える。
【００２７】
これにより、クロストークによる画質劣化を低減し、かつ、ダイレクトイメージング等において超解像に適した画像を得ることができる。
【００２８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２９】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３０】
（実施の形態）
図１は、実施の形態における固体撮像装置の構成例を示す断面図である。同図では、固体撮像装置１の断面のうち、通常の撮像に用いられる有効画素部（同図では３つの画素部）と、光学的黒画素からなるＯＢ部（同図では１つの光学的黒画素）と、対向電極部と、ボンディングパッド部の部分の断面を示している。この固体撮像装置１は、半導体基板１００、絶縁膜１０４、複数の配線層１０５、保護膜１０６、絶縁層１０７、画素電極１０８、光電変換膜１０９、透明電極１１０、保護膜１１１、遮光部１１２を有している。また、半導体基板１００には、ＦＤ領域１０１、ドレイン部１０２、ゲート電極１０３などにより、画素電極１０８から画素信号を読み出す周辺回路が形成されている。
【００３１】
固体撮像装置１において、ｎ型シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１００の上部には、各画素部を電気的に絶縁する素子分離領域が行方向又は列方向に形成されている。さらに、半導体基板１００の上部には、光電変換膜１０９に発生した信号電荷を蓄積する複数のＦＤ領域１０１（フローティングディフージョン領域）が形成されている。なお、光電変換膜１０９は、公知で知られている有機材料でも無機材料であってもよい。
【００３２】
半導体基板１００の上には積層された絶縁膜１０４が形成されており、ＦＤ領域１０１は、絶縁膜１０４内に設けられた銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）等の金属の配線層１０５を介して下部電極である画素電極１０８とそれぞれ電気的に接続されている。
【００３３】
これら複数の配線層１０５は、画素部から周辺回路に信号電荷を伝送し、逆に、周辺回路から画素部のゲート電極１０３又はドレイン部１０２に電圧を印加するのに用いられる。
【００３４】
ＦＤ領域１０１には、絶縁膜１０４上の画素電極１０８の上に形成された光電変換膜１０９に発生したホール（正孔）が、画素電極１０８に移動した後、配線層１０５を介して蓄積される。ＦＤ領域１０１に蓄積されたホールは、画素部内のソースフォロワートランジスタを通じて、光電変換膜１０９で発生した光に応じた発生したホールの信号量を電圧に変換され、周辺回路を通じ外部出力される。周辺回路は配線層１０５によって信号読み出しボンディングパッド部と接続される。また、蓄積期間が完了したら信号を出力する前にＦＤ領域１０１をリセットするが、信号のない状態（リセットレベル）は、周辺回路を通じた１０２のドレイン部からそれに応じた電圧が、ゲート電極１０３を通じて供給される。上部電極である透明電極１１０は、光電変換膜１０９内に光を入射させる必要があるため、少なくとも光電変換膜１０９に吸収される３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長に対して透明な導電性材料によって構成される。透明電極１１０の材料としては、可視光に対する透過率が高く且つ抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxide）を１０〜４０nmの膜厚で形成する。特にＴＣＯには、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＡＺＯ（Al-doped Zinc Oxide）、ＦＴＯ（F-doped-ＳｎＯ２）、ＳｎＯ２（酸化錫）、ＴｉＯ２（酸化チタン）又はＺｎＯ２（酸化亜鉛）等を好ましく用いることができる。なかでも、プロセスの簡易性、低抵抗性及び透明性の観点からは、ＩＴＯが最も好ましい。また、透明電極１１０への電圧の印加は、対向電極部を通じて行われる。
【００３５】
透明電極１１０上には、シリコンナイトライド若しくは、シリコンオキシナイド材料からなる保護膜１１１を２００〜５００nmの膜厚で形成される。
【００３６】
保護膜１１１上には遮光部１１２を形成する。この遮光部１１２の形成は、ホトリソグラフィーとドライエッチングで実施されるために、有効画素部における遮光部１１２は、開口を有する。画素部３０における開口率は製造時に任意に設定可能である。
【００３７】
遮光部１１２は、オプティカルブラック（ＯＢ）部の遮光材と同一材料である。この理由は、ＯＢ部と有効画素領域を別々に形成すると、遮光部１１２を形成するには成膜、リソグラフィー、ドライエッチングにて形成されるために、ＯＢ領域と有効画素領域を同時に形成するプロセスにて遮光部１１２を設けるとプロセスフローが簡略されコスト低減効果がある。
【００３８】
遮光部１１２の材料は、金属からなる不透明な材料アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、タンタル（Ｔａ）、それらの合金、または、そのシリサイド（遷移金属ケイ化物）である。この理由は、ノイズを低減させる技術としては、例えば、有効画素部の出力信号からＯＢ部の出力信号の平均値を垂直ラインごと、水平ラインごとに一律に減算させる技術がある。有効画素部は、光電変換素子を備える画素セルが並列され、光強度に応じた有効画素信号を出力する。ＯＢ部は、遮光された光電変換素子を備える画素セルが並列され、最低階調を示す黒レベル信号を出力する。ノイズを生じさせる成分は有効画素信号と黒レベル信号とに同等に含まれるため、加減算処理により、雑音の低減が可能となる。そのために、どのような強い光が入射してもＯＢ部は、入射光を遮断する必要があるために、上記のような材料が選定されている。なかでも、膜の薄膜化および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の密着性からＴｉＮ／Ｔｉを１００／３０ｎｍで構成した。
【００３９】
このように、固体撮像装置１は、二次元状に配置された複数の画素部３０と、複数の画素部３０に跨って形成され入射光を電荷に変換する光電変換膜１０９と、光電変換膜１０９の上部に形成された透明電極１１０と、画素部３０毎に形成され、光電変換膜１０９の下部に形成された画素電極１０８と、画素部３０毎に、光電変換膜１０９への入射光の一部を遮光する遮光部１１２とを備える。遮光部１１２によってクロストークを低減することができる。
【００４０】
次に、遮光部１１２の具体例について説明する。
【００４１】
図２は、１つの画素部３０と、その画素部３０に含まれる遮光部１１２を模式的に示す平面図である。同図のように、遮光部１１２は、画素部３０毎に開口を有するこの例における画素部３０のサイズは、Ａ［μｍ］×Ａ［μｍ］である。また、遮光部１１２による開口のサイズ（光電変換されるサイズ）は、Ｂ［μｍ］×Ｂ［μｍ］である。従って、１つの画素の面積はＳ１＝Ａ×Ａで表され、１つの画素部３０において光電変換される領域の面積はＳ２＝Ｂ×Ｂで表される。本開示の固体撮像装置１では、個々の光電変換される画素部３０に対応するマイクロレンズは設けられていない。このため、各画素部３０のうち、光電変換される領域（Ｂ×Ｂの領域）以外の領域は「遮光領域」であり、遮光領域に入射した光は、光電変換されず、画素信号を形成しない。Ｂ［μｍ］×Ｂ［μｍ］で示される受光領域は、「開口領域」と呼び、Ｓ２/Ｓ１×１００（％）を開口率と呼ばれる。開口率は、感度特性に大きな影響を及ぼし、開口率が１００％に近くなれば入射光量も増加するために感度特性も向上する。図２のように、固体撮像装置１が画素部３０毎に開口を有する遮光部１１２を備えることにより、隣接する画素部３０からのクロストークを低減することができる。なお、個々の画素部３０における光電変換される位置、形状、および大きさは、図２に示される例に限定されない。
【００４２】
次に、垂直光、斜め光による撮像について説明する。
【００４３】
図３Ａは、実施の形態における垂直光を受ける被写体２０および固体撮像装置１を示す断面図である。図３Ｂは、実施の形態における斜め光を受ける被写体２０および固体撮像装置１を示す断面図である。図３Ａ、図３Ｂでは遮光部１１２が２５％の開口率を有し、入射光が被写体２０に垂直に入る光源ａと被写体２０に斜めから入る光源ｂの入射光線の断面図を示している。また、図３Ａ、図３Ｂでは、ダイレクトイメージングの例、すなわち、被写体２０が固体撮像装置１の撮像面（保護ガラス１０）に密着され、固体撮像装置１が被写体２０を透過する光を撮像する例を示す。
【００４４】
図３Ａにおいて光源ａからは、入射光が垂直のため点線の光線（１）、（２）、（６）、（７）は、遮光部１１２に遮られ、光電変換膜１０９まで到達しない。開口部を透過した入射光（３）、（４）、（５）のみが光電変換膜１０９まで到達して、ホールを発生させ画素電極１０８にて信号情報として検出される。図３Ａの光源ａから入射する光線を示す説明図を図４Ａに示す。
【００４５】
図３Ｂにおいて光源ｂからの入射光が斜めのため点線の光線（８）、（９）、（１３）、（１４）は、遮光部１１２に遮られ、光電変換膜１０９まで到達しない。開口部を透過した入射光（１０）、（１１）、（１２）のみが光電変換膜１０９まで到達して、ホールを発生させ画素電極１０８にて信号情報として検出される。この時、入射光（３）、（４）、（５）の情報は、遮光部１１２上開口部の被写体２０の情報のみであるが、入射光（１０）、（１１）、（１２）は、入射光の角度にもよるが開口部周辺部の情報を取り込み、より高解像度の画像を取得できるようになる。光源ｂの斜め入射光は、一方向からのみの図示であるが、例えば、図４Ｂの光源ａ〜光源ｄのように４方向から別々に撮像することにより、開口率が２５％の遮光部１１２を用いて画素数が４倍の高解像度画像（縦横２倍に拡大された画像）を形成可能である。つまり、開口率が１／４（２５％）の遮光部１１２を用いて４枚の低解像度画像を取得し、これらから４倍の画素数を持つ縦横２倍に拡大された高解像度画像を形成することもできる。
【００４６】
次に、図３Ａ、図３Ｂとの比較例として、開口率が１００％の（つまり遮光部１１２がない）固体撮像装置および被写体の断面図を図８Ａ、図８Ｂに示す。
【００４７】
図８Ａは、垂直光を受ける被写体および比較例の固体撮像装置を示す断面図である。図８Ｂは、斜め光を受ける被写体および比較例の固体撮像装置を示す断面図である。図８Ａ、図８Ｂにおいて実線で示す入射光（３）、（４）、（５）、（１０）、（１１）、（１２）は、目標とする画素部３０の部分の光電変換膜１０９に入射して、発生したホールを画素電極１０８で捕獲される。
【００４８】
ところが、点線で示す入射光（１）、（２）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１３）、（１４）は、目標とする画素部３０の部分の光電変換膜１０９に入射せず、隣接の画素部３０の光電変換膜１０９に入射して、発生したホールを画素電極１０８で捕獲できず、偽信号として目標とする画素部３０以外の画素電極１０８で検出され、クロストークを発生させ高解像度および高画質化を阻害する要因になる。
【００４９】
次に、ダイレクトイメージングにおける入射光の角度および光源の距離について説明する。
【００５０】
図５は、光源と、被写体２０及び光電変換膜１０９との距離関係を示す断面図である。光源と被写体２０との距離は例えばＤ=１ｍ以上に設定される。光電変換膜１０９から被写体２０までの距離は例えばＬ=１μｍ（＝１×１０-６ｍ）に設定される。Ｄ＝１ｍ、Ｌ＝１×１０-６ｍの場合、光源から出て被写体２０の位置を通過する光線は、光源の位置が水平横方向にＸｍだけずれると、光電変換膜１０９上でΔＸｍだけシフトした位置に入射することになる。ΔＸ／Ｘ＝Ｄ／Ｌの関係があるため、ΔＸを０．１μｍ（＝１×１０-７ｍ）以下に抑制するには、Ｘを０．１ｍ以下に抑制すれば良い。光源の位置を調整する際、光源の位置ずれＸを０．１ｍ（＝１０ｃｍ）以下にすることは容易である。セルサイズ（または画素ピッチ）Ａが１μｍ程度の固体撮像装置１を用いる場合、固体撮像装置１から光源までの距離を１ｍ程度に設定しておけば、光源の位置ずれＸが数ｃｍ程度発生しても画質に悪影響は及ばない。
【００５１】
図６は、実施の形態における固体撮像装置１の平面図である。セルサイズＡが1μｍの場合、開口率が２５％の場合には、開口サイズＢが、０．５μｍで形成される。材料は、ＴｉＮ／Ｔｉで形成され、ＯＢ部とともに同時形成される。ＯＢ部と同時形成すると成膜、リソグラフィー及びドライエッチング処理過程が１サイクル減り、工程削減（コスト低減）になる。
【００５２】
（開口率の変形例）
次に、図４Ａ、図４Ｂでは開口率が２５％の例を説明したが、変形例では開口率が３３％の例について説明する。
【００５３】
図７Ａは、変形例における光源ａから入射する光線を示す説明図である。図７Ｂは、変形例における光源ａ〜光源ｄから入射する光線を示す説明図である。
【００５４】
開口率が１／３（３３％）の場合、図７ｂの光源ａ〜光源ｃのように３方向から個別に撮像することにより、開口率が３３％の遮光部１１２を用いて画素数が３倍の高解像度画像（１．７倍に拡大された画像）を形成可能である。すなわち、開口率が１／３（３３％）の遮光部を用いて３枚の低解像度画像を取得し、これらから３倍の画素数を持つ１．７倍に拡大された高解像度画像を形成することもできる。
【００５５】
次に、上記の固体撮像装置１を用いた撮像モジュールについて説明する。
【００５６】
図９は、実施の形態に係る撮像モジュール２００および被写体付きの試料片３００の構成例を示す断面図である。
【００５７】
撮像モジュール２００は、固体撮像装置１と、基材２０１（例えば、プラスチックパッケージ）と、固体撮像装置１をはんだ付けするはんだボール２０３と、配線２０２と、接続用配線２０４とを備える。
【００５８】
この撮像モジュール２００は、医療用のダイレクトイメージングに用いられ、その表面には、例えば、試料片３００が押し付けられる。それゆえ、撮像モジュール２００は、電子プレパラートとも呼ばれる。
【００５９】
試料片３００は、ダイレクトイメージングの対象となる被写体２０としての試料と、被写体２０が付着されたスライドガラス３０２とを有する。試料は、病理検体等であり、例えば約４μｍの薄さにスライスされ、スライドガラス３０２に付着している。
【００６０】
次に、上記の撮像モジュールを用いた撮像装置および撮像システムについて説明する。
【００６１】
図１０は、実施の形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【００６２】
同図の撮像システムは、照明装置４０と撮像装置５０とを備える。同図において照明装置４０は、複数の光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、・・・を備える。撮像装置５０は、撮像モジュール２００と画像処理部４００とを備え、試料片３００を異なる入射角度の光により複数枚の画像を撮像し、高解像度化する。
【００６３】
複数の光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、異なる入射角度の光を択一的に試料片３００に照射する。各光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃの光は同じであり、例えば白色の可視光でよい。あるいは、試料の特定部位を透過するあるいは透過しない特定の波長の光でもよい。
【００６４】
撮像モジュール２００は、図９の構成例のとおりである。照明装置４０は、図１０では、光源４０ａ、４０ｂ、４０ｃの３つを備える例を示しているが、超解像に用いる画像の枚数と同数の光源を備える。
【００６５】
画像処理部４００は、撮像モジュール２００によって互いに異なる入射角度の照明光で撮像された複数枚の画像を高解像度化（つまり超解像）する。
【００６６】
以上のように構成された撮像システムについて、以下その動作例を説明する。ここでは図１０に示した撮影システムが、４枚の画像（低解像度画像）を撮像し、４倍の解像度をもつ画像（高解像度画像）を得る超解像動作の例について説明する。
【００６７】
４枚の低解像度画像のうち２枚の低解像度画像について図１１、図１２を用いて説明する。
【００６８】
図１１は、実施の形態に係る撮像システムにおける低解像度画像の撮像例を示す説明図である。図１２は、実施の形態に係る撮像システムにおける他の低解像度画像の撮像例を示す説明図である。
【００６９】
図１１において、被写体である被写体２０には、光源の１つから垂直に光が照射されている。図１１（ａ）は、被写体２０を透過した光が光電変換膜１０９に入射する様子を模式的に示す断面図である。図１１（ｂ）は、着目する６個の単位画素２０内の第１電極９を模式的に示す平面図である。図１１（ｃ）は、６個の第１電極９から得られる画素を模式的に表した図である。図１１（ｃ）の画素２１ｃから低解像度画像６０ｃが構成される。６個の画素２１ｃの位置は被写体２０の光透過面のうち第１電極９を介して電荷が取り出される部分を表している。つまり、６個の画素２１ｃの位置は、被写体２０の光透過面のうちの実際に撮像に用いられた部分を表している。
【００７０】
図１２は、実施の形態に係る撮像システムの他の撮像例を示す説明図である。図１２は、図１１と比べて、被写体２０への斜め光が入射されている点が異なり、また、画素２１ｄの位置が図１１（ｃ）の画素２１ｃの位置とは異なっている。以下、異なっている点を中心に説明する。図１２（ｃ）における６個の画素２１ｄの位置は、被写体２０の斜め光が透過した面のうちの実際に撮像に用いられた部分を表している。すなわち、図１２の画素２１ｄと図１１の画素２１ｃとでは、被写体２０中の撮像される部分が互いに異なっている。図１２の画素２１ｄは、図１１の画素２１ｃでは欠落している情報を表している。言い換えれば、図１１の画像６０ｃと図１２の画像６０ｄは、画像レベルでは共に被写体２０のほぼ同じ位置の画像であるが、画素レベルでは互いに欠落している部分の情報を表している。
【００７１】
図１１および図１２に示したように、撮像システムの光源を切り替えて異なる入射角度の光で複数回撮像することによって、被写体２０の画像レベルではほぼ同じ位置の画像ではあるが、画素レベルでは画素間の欠落している部分を表す複数の画像を得ることができる。このような複数の画像を用いれば有効に超解像（高解像度化）を極めて効果的にすることができる。
【００７２】
図１３は、実施の形態に係る撮像システムの超解像の例を示す説明図である。同図の画像６０ａ〜６０ｄは、４つの異なる入射角度で被写体２０を撮像した画像である。画像６０ｃ、６０ｄは、それぞれ図１１、図１２のように撮像した画像である。画像６０ａ、６０ｂは、さらに異なる入射角度で撮像した画像である。
【００７３】
４枚の画像６０ａ〜６０ｄは、図１０のように画像レベルでは被写体２０の同じ部分の表しているが、画素レベルでは互いに異なる部分を表している。画像処理部４００は、このような画像６０ａ〜６０ｄを用いて互いに画素間を補間することにより、１枚の高解像度画像６０を生成する。
【００７４】
このように本実施の形態における固体撮像装置１によれば、遮光部１１２によってクロストークを低減して画質劣化を低減することができる。さらに、ダイレクトイメージング等において超解像に適した画像を得ることができる。
【００７５】
このように、本実施の形態では、光電変換膜１０９上に開口率を製造時に自由に設定できる遮光部１１２を形成することにより、開口率が１／Ｎの撮像素子を用いてＮ枚の低解像度画像を取得し、これらからＮ倍画素数を持ち、縦横Ｎ０．５倍に拡大された高解像度画像を形成することもできる。本実施の形態によれば、低解像度の画像から高解像度の画像を取得できるが、特に高解像度の画像が必要ないときは、低解像度の画像を使用すればよい。本実施の形態では、倍率の高いレンズを用いることなく、画像の倍率を簡単に変化させることができる。
【００７６】
なお、固体撮像装置１で撮像可能な被写体２０は、光線を透過することが可能な領域を少なくとも一部に含む物体であればよい。被写体２０は、厚さが数μｍの病理標本を含むスライドでもよい。被写体２０の形状は、プレート状に限定されず、粉末や液体であってもよい。撮像面の法線方向における被写体２０のサイズは、例えば数十μｍ以下である。
【００７７】
なお、遮光部１１２の開口は、正方形以外の形状でもよい。
【００７８】
また、画素電極１０８の平面視した形状は、開口の形状と同じでよいが、異なっていてもよい。画素電極１０８の平面視した大きさは、開口よりも大きくても小さくてもよい。隣り合う画素電極１０８間の距離は、例えば０．３μｍ以上であればよい。
【００７９】
また、コンタクトイメージングに固体撮像装置１を用いる例について説明したが、固体撮像装置１、この用途に限らない。固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いてもよい。
【００８０】
以上、一つまたは複数の態様に係る固体撮像装置、撮像モジュール、撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係る固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラ、デジタル顕微鏡等に利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０  保護ガラス
２０  被写体
３０  画素
４０  照明装置
４０ａ〜４０ｃ  光源
５０  撮像装置
１００  半導体基板
１０１  ＦＤ領域
１０２  ドレイン部
１０３  ゲート電極（転送ゲート電極）
１０４  絶縁膜
１０５  配線層
１０６  保護膜
１０７  絶縁層
１０８  画素電極（下部電極）
１０９  光電変換膜
１１０  透明電極（上部電極）
１１１  保護膜
１１２  遮光部
２００  撮像モジュール
２０１  基材
２０２  配線
２０３  ボール
２０４  接続用配線
３００  試料片
３０２  スライドガラス
４００  画像処理部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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