(57)【要約】【課題】各々が受光光に応答して電気信号を生成するように構成された光検出器の配列と、この光検出器の配列上に配置されたカラーフィルタの配列とを含む撮像装置を提供する。【解決手段】光検出器は、カラーフィルタを通過する光を受光する。カラーフィルタの各々は、様々な色伝送特性を有する。色バランスを均一にするために、いくつかのカラーフィルタを複数の光検出器上に配置し、残りのカラーフィルタをたった１つの光検出器上に配置する。色伝送特性に基づいてカラーフィルタと下にある光検出器の相対的面積を変化させて異なる色における光検出器の様々な吸収係数を補正することにより、さらなる色バランスを達成することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
各々が受光光に応答して電気信号を生成するように構成された光検出器の配列と、
前記光検出器の配列上に配置されたカラーフィルタの配列と、
を含み、前記光検出器は、前記カラーフィルタを通過する光を受光し、
前記カラーフィルタの各々は、色伝送特性を有し、
前記カラーフィルタの一部の前記色伝送特性は、前記カラーフィルタの残りの色伝送特性と異なり、
前記カラーフィルタのうちの第１の複数のカラーフィルタの各々は、前記光検出器のうちの複数の光検出器上に配置され、
前記カラーフィルタのうちの第２の複数のカラーフィルタの各々は、前記光検出器のうちのたった１つの光検出器上に配置される、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の複数のカラーフィルタは、前記カラーフィルタの配列の端部に沿って配置され、前記第２の複数のカラーフィルタは、前記カラーフィルタの配列の内側領域に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の複数のカラーフィルタは、第１の色伝送特性を有する第１の複数のサブカラーフィルタと、第２の色伝送特性を有する第２の複数のサブカラーフィルタと、第３の色伝送特性を有する第３の複数のサブカラーフィルタとを含み、前記第１、第２及び第３の色伝送特性は互いに異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の複数のカラーフィルタは、前記第１の色伝送特性を有する第１の複数のサブカラーフィルタと、前記第２の色伝送特性を有する第２の複数のサブカラーフィルタと、前記第３の色伝送特性を有する第３の複数のサブカラーフィルタとを含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の色伝送特性は、赤色伝送特性であり、
前記第２の色伝送特性は、緑色伝送特性であり、
前記第３の色伝送特性は、青色伝送特性である、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の複数のカラーフィルタは、前記第１、第２及び第３の色伝送特性とは異なる第４の色伝送特性を有する第４の複数のサブカラーフィルタを含み、
前記第２の複数のカラーフィルタは、前記第１の色伝送特性を有する第１の複数のサブカラーフィルタと、前記第２の色伝送特性を有する第２の複数のサブカラーフィルタと、前記第３の色伝送特性を有する第３の複数のサブカラーフィルタと、前記第４の色伝送特性を有する第４の複数のサブカラーフィルタとを含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の色伝送特性は、赤色伝送特性であり、
前記第２の色伝送特性は、緑色伝送特性であり、
前記第３の色伝送特性は、青色伝送特性であり、
前記第４の色伝送特性は、白色伝送特性である、
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記白色伝送特性を有する前記カラーフィルタの各々は、全ての色の可視光を透過させるように透明材料又はアパーチャで形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
撮像装置であって、
各々が受光光に応答して電気信号を生成するように構成された光検出器の配列と、
前記光検出器の配列上に配置されたカラーフィルタの配列と、
を含み、前記光検出器は、前記カラーフィルタを通過する光を受光し、該カラーフィルタの配列は、
前記カラーフィルタのうちの第１の色伝送特性を有する、前記光検出器のうちの第１の複数の光検出器上に配置された第１の複数のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタのうちの第２の色伝送特性を有する、前記光検出器のうちの第２の複数の光検出器上に配置された第２の複数のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタのうちの第３の色伝送特性を有する、前記光検出器のうちの第３の複数の光検出器上に配置された第３の複数のカラーフィルタと、
を含み、前記第１、第２及び第３の色伝送特性は互いに異なり、
前記光検出器の配列は、前記第１の色伝送特性に対応する第１の吸収係数と、前記第２の色伝送特性に対応する第２の吸収係数と、前記第３の色伝送特性に対応する第３の吸収係数とを有し、前記第１の吸収係数は前記第２の吸収係数よりも大きく、前記第２の吸収係数は前記第３の吸収係数よりも大きく、
前記第３の複数のカラーフィルタは、前記第２の複数のカラーフィルタがカバーする前記光検出器の前記配列の面積よりも広い前記光検出器の前記配列の面積をカバーし、
前記第２の複数のカラーフィルタは、前記第１の複数のカラーフィルタがカバーする前記光検出器の前記配列の面積よりも広い前記光検出器の前記配列の面積をカバーする、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記第１、第２及び第３の複数の光検出器は、全てが同じ横方向サイズを有し、
前記第１の複数のカラーフィルタの各々は、前記第１の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第２の複数のカラーフィルタの各々は、前記第２の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第３の複数のカラーフィルタの各々は、前記第３の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第３の複数の光検出器は、前記第２の複数の光検出器が含むよりも多くの数の光検出器を含み、
前記第２の複数の光検出器は、前記第１の複数の光検出器が含むよりも多くの数の光検出器を含み、
前記第３の複数のカラーフィルタは、前記第２の複数のカラーフィルタが含むよりも多くの数のカラーフィルタを含み、
前記第２の複数のカラーフィルタは、前記第１の複数のカラーフィルタが含むよりも多くの数のカラーフィルタを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記カラーフィルタの配列は、前記光検出器のうちの第４の複数の光検出器上に配置された、白色伝送特性を有する第４の複数のカラーフィルタをさらに含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の色伝送特性は、青色伝送特性であり、
前記第２の色伝送特性は、緑色伝送特性であり、
前記第３の色伝送特性は、赤色伝送特性である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の複数のカラーフィルタの各々は、前記第１の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第２の複数のカラーフィルタの各々は、前記第２の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第３の複数のカラーフィルタの各々は、前記第３の複数の光検出器のうちの１つの光検出器上に配置され、
前記第３の複数の光検出器の各々は、前記第２の複数の光検出器の各々よりも横方向サイズが大きく、
前記第２の複数の光検出器の各々は、前記第１の複数の光検出器の各々よりも横方向サイズが大きく、
前記第３の複数のカラーフィルタの各々は、前記第２の複数のカラーフィルタの各々よりも横方向サイズが大きく、
前記第２の複数のカラーフィルタの各々は、前記第１の複数のカラーフィルタの各々よりも横方向サイズが大きい、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記カラーフィルタの配列は、前記カラーフィルタの反復ブロック内に配置され、該反復ブロックの各々は、前記第１の複数のカラーフィルタのうちのたった１つのカラーフィルタと、前記第２の複数のカラーフィルタのうちのたった１つのカラーフィルタと、前記第３の複数のカラーフィルタのうちのたった１つのカラーフィルタとを含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記カラーフィルタの配列は、前記光検出器のうちの第４の複数の光検出器上に配置された、白色伝送特性を有する第４の複数のカラーフィルタをさらに含み、前記反復ブロックの各々は、前記第４の複数のカラーフィルタのうちのたった１つのカラーフィルタを含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記第１の色伝送特性は、青色伝送特性であり、
前記第２の色伝送特性は、緑色伝送特性であり、
前記第３の色伝送特性は、赤色伝送特性である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記第３の複数のカラーフィルタの各々はＬ字形である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記第３の複数の光検出器の各々はＬ字形である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記第３の複数のカラーフィルタの各々はＵ字形である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記第３の複数の光検出器の各々はＵ字形である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１４年４月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／９８２，５６２号の利益を主張するものであり、この仮特許出願は引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は画像センサに関し、具体的にはカラーフィルタ及びフォトダイオードの構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、デジタル画像センサが普及してきている。このようなセンサは、デジタルカメラ、モバイル装置、内視鏡などで使用される。従来のデジタル画像センサは、画素構造の配列を有し、各画素は、マイクロレンズ、カラーフィルタ、及びフォトダイオードなどの光検出器を含む。光検出器は、受光光に応答して出力電気信号を生成し、この出力信号は読み出し回路に供給される。当業では、上述したコンポーネントの構造及び製造過程は全て周知である。
【０００４】
当業では、カラーフィルタに関し、高感度の輝度及び色度素子（すなわち、カラーフィルタ）の配列を光検出器上に特定の反復パターンで適用することも知られている。例えば、引用により本明細書に組み入れられる米国特許第３，９７１，０６５号を参照されたい。最もよく使用されるカラーフィルタパターンの１つは、図１に示すＢａｙｅｒパターンのカラーフィルタ１として知られており、赤色フィルタ（Ｒ）２、緑色フィルタ（Ｇ）３及び青色フィルタ（Ｂ）４を含む。ほんのわずかな行及び列しか示していないが、このパターンは、数百万ものこのようなフィルタを含むことができる。このカラーフィルタパターンは、青色フィルタ４と緑色フィルタ３が交互になった奇数行パターンと、緑色フィルタ３と赤色フィルタ２が交互になった偶数行パターンと、青色フィルタ４と緑色フィルタ３が交互になった奇数列パターンと、緑色フィルタ３と赤色フィルタ２が交互になった偶数列パターンとを有する。従って、全体的なパターンには、５０％の緑色フィルタ３、２５％の赤色フィルタ２、及び２５％の青色フィルタ４が含まれる。通常、各フィルタ２／３／４は、単一の光検出器上に配置され、各光検出器は、その画像センサ位置においてたった１色の光のみを検出するようになる。
【０００５】
画像センサを小型化し、画素を微小化する傾向は、画素の光子効率に悪影響を及ぼしてきたが、このことは画素配列の端部に存在する画素について特に当てはまる。画素サイズを縮小すると、様々な画素の量子効率、色の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）及び輝度のＳ／Ｎ比が著しく低下するようになる。一方で、この小型化傾向は、高度カラーフィルタパターン、新たなフィルタ色、新たな色調、さらには透明（白色）度の高いカラーフィルタに対応するのに十分な解像度を画像センサにもたらした。
【０００６】
輝度のＳ／Ｎ比は、緑色フィルタ又は（緑色を含む）白色フィルタの使用によって改善できることが認められている（白色フィルタは透明であり（すなわちほとんどの色の光のほとんど又は全てを通し）、又はフィルタ配列内の空隙又はアパーチャである）。この輝度改善技術は、緑色のカラーフィルタを５０％利用する従来のＢａｙｅｒフィルタで見られる。
【０００７】
人間の知覚には輝度のＳ／Ｎ比の方が目立ちやすいので、業界では、輝度のＳ／Ｎ比を優先して色のＳ／Ｎ比はほとんど無視されてきた。しかしながら、特に業界標準であるＢａｙｅｒパターン及びその他の多くの周知の高度カラーフィルタパターンは、全てが色のＳ／Ｎ比をより多く失ってまでも輝度のＳ／Ｎ比を優先する方向に傾いているので、画素サイズの小型化を通じて量子効率が低下することにより、色のＳ／Ｎ比の問題はますます大きくなっている。例えば、Ｂａｙｅｒパターンでは、５０％の緑色、２５％の赤色及び２５％の青色が使用され、典型的な周知のＲＧＢＷパターンでは、２５％の白色、２５％の緑色、２５％の赤色及び２５％の青色が使用される。以下の表１に示すように、シリコンではこれらのパターン設計が色の吸収係数に十分対応していない。
2015207000.tif 000002
表１
シリコンでは、緑色に比べて青色の方が多く吸収され、赤色に比べて緑色の方が多く吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，９７１，０６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、特に画素配列の端部に配置された画素について、許容可能なレベルの輝度のＳ／Ｎ比、色のＳ／Ｎ比及び量子効率を維持しながらデジタル画像センサをさらに改善するためのカラーフィルタ設計及び構成に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した問題点及びニーズには、各々が受光光に応答して電気信号を生成するように構成された光検出器の配列と、この光検出器の配列上に配置されたカラーフィルタの配列とを含み、これらの光検出器がカラーフィルタを通過する光を受光するようにした撮像装置によって対処する。カラーフィルタの各々は、色伝送特性を有する。カラーフィルタの一部の色伝送特性は、カラーフィルタの残りの色伝送特性と異なる。カラーフィルタのうちの第１の複数のカラーフィルタの各々は、光検出器のうちの複数の光検出器上に配置される。カラーフィルタのうちの第２の複数のカラーフィルタの各々は、光検出器のうちのたった１つの光検出器上に配置される。
【００１１】
撮像装置は、各々が受光光に応答して電気信号を生成するように構成された光検出器の配列と、光検出器の配列上に配置されたカラーフィルタの配列とを含み、光検出器は、カラーフィルタを通過する光を受光する。カラーフィルタの配列は、第１の複数の光検出器上に配置された、第１の色伝送特性を有する第１の複数のカラーフィルタと、第２の複数の光検出器上に配置された、第２の色伝送特性を有する第２の複数のカラーフィルタと、第３の複数の光検出器上に配置された、第３の色伝送特性を有する第３の複数のカラーフィルタとを含み、第１、第２及び第３の色伝送特性は互いに異なる。光検出器の配列は、第１の色伝送特性に対応する第１の吸収係数と、第２の色伝送特性に対応する第２の吸収係数と、第３の色伝送特性に対応する第３の吸収係数とを有する。第１の吸収係数は第２の吸収係数よりも大きく、第２の吸収係数は第３の吸収係数よりも大きい。第３の複数のカラーフィルタは、第２の複数のカラーフィルタがカバーする光検出器の配列の面積よりも広い光検出器の配列の面積をカバーし、第２の複数のカラーフィルタは、第１の複数のカラーフィルタがカバーする光検出器の配列の面積よりも広い光検出器の配列の面積をカバーする。
【００１２】
本発明のその他の目的及び特徴は、明細書、特許請求の範囲及び添付図を検討することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のカラーフィルタパターンの概略上面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタパターンの概略上面図である。
【図３】画像センサ画素の配列の概略上面図である。
【図４】画像センサ画素の配列の別の実施形態の概略上面図である。
【図５】画像センサ画素及び対応するカラーフィルタの垂直断面図である。
【図６】カラーフィルタパターンの別の実施形態の概略上面図である。
【図７】カラーフィルタパターンの別の実施形態の概略上面図である。
【図８】画像センサ画素の配列の別の実施形態の概略上面図である。
【図９】カラーフィルタパターンの別の実施形態の概略上面図である。
【図１０】画像センサ画素の配列の別の実施形態の概略上面図である。
【図１１】カラーフィルタパターンの別の実施形態の概略上面図である。
【図１２】カラーフィルタパターンの別の実施形態の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、光検出器の行列配列のための改善されたカラーフィルタ構成である。図２に、端部画素の量子効率を高めるカラーフィルタ配列構成１０の左上角部を示す。カラーフィルタ配列１０は、必須ではないが好ましくは互いに隣接して形成された、配列内に配置された複数の個々のカラーフィルタ１１を含む。各カラーフィルタは、どの色の光を通して他の色の光を遮断するかを決定付ける色伝送特性を有する。例えば、青色フィルタは、一定の青色光波長をほとんど又は全て透過させて他の色の光のほとんど又は全てを吸収又は遮断する青色伝送特性を有し、赤色フィルタは、一定の赤色光波長をほとんど又は全て透過させて他の色の光のほとんど又は全てを吸収又は遮断する赤色伝送特性を有し、以下同様である。白色フィルタは、ほとんど又は全ての色の光を通す白色伝送特性を有する素材又はアパーチャである。量子効率は、画像センサの端部に向かって悪化する。従って、画像センサの端部において一色当たりに広い面積を使用すると、各選択色の光をより多く取り込むことができ、従って端部画素の量子効率が改善されるようになる。
【００１５】
図２のカラーフィルタ構成の角部は、サイズが異なる２種類のカラーフィルタ１１を含む。外側のカラーフィルタ１２は親（外側）フィルタであり、内側のカラーフィルタ１４は子（内側）フィルタである。親カラーフィルタ１２は、その子カラーフィルタ１４のサイズの「ｎ」倍である。親カラーフィルタ１２のサイズがその子カラーフィルタ１４よりも大きい場合（図２の場合）、「ｎ」の値は１よりも大きい。親カラーフィルタのサイズがその子カラーフィルタよりも小さい場合、「ｎ」の値は０よりも大きく１よりも小さい。さらなるサイズの子カラーフィルタを含める場合（すなわち、子の子）、現在の子カラーフィルタは、さらなるカラーフィルタサイズに対する親カラーフィルタと見なされ、新たな「ｎ」の値がこれらの間のサイズ関係を決定付ける。このサイズ構成は、画像センサ配列内にさらなる（単複の）子カラーフィルタサイズが蓄積されるように無限に繰り返すことができる。
【００１６】
カラーフィルタ配列１０は、異なるカラーフィルタサイズ数の観点から長さＸ、高さＹ及び幅Ｚを有する。図２に示すカラーフィルタ配列１０は、２つの異なるカラーフィルタサイズの幅Ｚを有する。図２に示す親フィルタ１２及び子フィルタ１４の場合の値「ｎ」は４であり、これは、親カラーフィルタ１２の各々のサイズが、子カラーフィルタ１４の各々に対して４倍の大きさであることを意味する。親フィルタ１２及び子フィルタ１４のカラーバリエーションパターンは、図１のＢａｙｅｒパターンに類似する。具体的には、親フィルタ１２の奇数行は、青色と緑色が交互になった親フィルタ（Ｂ及びＧ）を含み、親フィルタ１２の偶数行は、緑色と赤色が交互になった親フィルタ（Ｇ及びＲ）を含む。子フィルタ１４にも同じカラーバリエーションパターンが使用される。しかしながら、ランダム及び疑似ランダムカラーバリエーションパターンを含む他のカラーバリエーションパターンを使用することもできる。当業では、カラーフィルタの形成過程及び／又は堆積過程は周知であり、従って本明細書では詳細に説明しない。
【００１７】
図３に、配列１８内に画素１６の行列が形成された従来のフォトダイオード（画素）配列のレイアウトを示す。各画素１６は、光電変換器（一般的には光検出器又はフォトダイオードと呼ばれる）を含む。各画素１６は、アナログ−デジタルコンバータ、並びに電気配線及び読み出し回路（この読み出し回路は、複数の、さらには全ての光検出器間で共有することができる）も含むことが好ましい。デジタル画像センサ業界では、従来のフォトダイオード画素の配列は周知である。図３の正方形の各々は、単一の画素１６を表す。図３には、画素の形状又はサイズが変化しない（すなわち、全ての画素１６が同じサイズである）従来の画素レイアウト設計を示している。図２のカラーフィルタ配列１０を図３のフォトダイオード画素配列１８に適用することもでき、この場合、親フィルタ１２の各々は複数の画素に割り当てられ（例えば、複数の画素をカバーし）、子フィルタ１４の各々は少ない数の又はたった１つの画素をカバーする。単一のカラーフィルタに複数の画素を割り当てることにより、ドット落ちの場合に冗長性がもたらされる（これにより、同じカラーフィルタに基づく他の画素が信号を生成するようになる）。図２及び図３の特定の事例では、各親フィルタ１２が４つの画素１６をカバーし、各子フィルタ１４がたった１つの画素１６をカバーするようになる。
【００１８】
図４に、画素１６の形状及びサイズが上にあるカラーフィルタ１１と同様に変化する（すなわち、画素１６のサイズ及び位置と上にあるカラーフィルタ１１のサイズ及び位置とが１対１で対応する）フォトダイオード（画素）配列１８のレイアウトの別の実施形態を示す。この例では、画素１６のサイズ及び位置が図２のカラーフィルタ１１のサイズ及び位置に一致する。
【００１９】
図５は、３つの例示的な画素１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、及び上にあるカラーフィルタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの垂直断面図であり、この場合、カラーフィルタ１１の変化する場所及びサイズと画素１６の変化する場所及びサイズとが互いに一致する。各画素１６は、光検出器２０、アナログ−デジタルコンバータ２２、及びこれらを接続する電気配線２４を含む。画素１６の１又はそれ以上の部分は、シリコン基板２３上又はシリコン基板２３内に形成されることが好ましい。この例では、画素１６ｂ及びその関連するカラーフィルタ１１ｂが、画素１６ａ及び１６ｃ、並びにこれらの関連するカラーフィルタ１１ａ及び１１ｃよりも横方向に小さい。具体的には、光検出器２０ｂ及び電気配線２４ｂが画素１６ａ及び１６ｃ内のものよりも小さい。アナログ−デジタルコンバータ２２ｂのサイズは、画素１６ａ及び１６ｃ内のものと同じ又はそれ以下することができる。
【００２０】
図６に、高輝度を維持したまま、光検出器に使用する材料の吸収係数を所与として半バランスの色割り当てをもたらすカラーフィルタパターン２５を示す。光検出器２０は、有機膜、シリコン又は当業で公知の他のいずれかの光電変換器材料とすることができる。以下の表２に、光検出器２０がシリコン製である場合の青色、緑色及び赤色の例示的な吸収係数を示す。なお、青／緑／赤／白の組み合わせ以外の色を検討することもできる。異なる色の比率は、吸収係数から導出される。この比率を使用して、選択された色のスペクトルにわたって各色がバランスのとれた吸収率を達成するのに必要な表面積の割合を導出する。
2015207000.tif 000003
表２
【００２１】
図６では、半バランスのカラーフィルタパターンを形成するための例として、サイズが４×４の正方形であるカラーフィルタ１１（すなわち、合計１６個のカラーフィルタ）の反復ブロック２６を使用している。しかしながら、他のサイズ及び形状（例えば、長方形、不規則形状）を使用することもできる。反復ブロック２６に含まれるカラーフィルタが多いほど、より良好なバランスを達成することができる。各４×４の正方形内の１６個のカラーフィルタ１１のうち、４つのカラーフィルタが白色になるように選択して、これらの白色フィルタが総面積の２５％を占めるようにする。カラーフィルタパターンに対して使用する白色フィルタの相対的な数は、所望の輝度に基づいて変化させることができる。白色フィルタを用いて輝度全体を改善することは好ましいが、白色フィルタの使用は必須ではない。色バランスをとるために白色以外の各色に割り当てるべき正方形の数を計算する際には、表面積計算から白色フィルタを除外する。従って、図６の反復パターンでは、元々の１６個のフィルタから４つの白色フィルタを除外して、実装に利用できる１２個のフィルタを残す。
【００２２】
残りの面積に実装するカラーフィルタの比率は、光検出器に使用する特定の材料及び反復ブロック２６内のフィルタの個数にとって「好ましい表面積（％）」に可能な限り近づくように選択する。以下の表３に示すように、各４×４の反復ブロック２６に２つの青色フィルタ、３つの緑色フィルタ及び７つの赤色フィルタを選択すると、２５％が白色、１８．７５％が緑色、１２．５％が青色、４３．７５％が赤色という表面積割合が得られる。従って、この半バランスのカラーフィルタパターンは、ＲＧＢＷパターンに近い輝度効率を有しながら、ほぼ２倍の赤色吸収を有する。４×４の正方形における各カラーフィルタの配置は、ランダム又は疑似ランダムとすることができる。単一色の大きな塊を有するよりも、可能な限り色を分散させる方が好ましい。この図６の半バランスの色割り当てのための反復パターン技術は、図２〜図４の端部量子効率技術と組み合わせることができる（すなわち、親フィルタ１２が半バランスの反復ブロック２６を組み込むことができ、これは子フィルタも同様である）。この組み合わせの結果、光検出器配列の中心のみならずその端部でも良好な色バランスが得られるとともに、配列の端部において良好な量子効率が得られる。
2015207000.tif 000004
表３
【００２３】
図７〜図１０に、完全なカラーフィルタバランスのための技術を示す。等しいサイズ及び形状のフィルタを用いて可能な限りのバランスをもたらす上記の半バランス構成とは対照的に、完全な色バランスは、等しいサイズ及び形状のフィルタ及び光検出器から離れることによって達成される。これらの光検出器及びその関連するカラーフィルタは、光検出器の吸収係数にとって必要な好ましい表面積割合に密接に又は正確に一致する割合の表面積を提供するための一意の形状及びサイズを有する。この構成は、いずれの特定のパターンにも限定されないので、カラーフィルタのパターンは、ランダム又は疑似ランダムとすることができる。上記の例と同様に、近隣の画素の輝度を高めるために一定量の白色画素を有することが好ましい（ただし必須ではない）。
【００２４】
図７には、完全な色バランスをもたらすことができるカラーフィルタパターン２８の一例を示している。カラーフィルタの反復ブロック３０内には様々なカラーフィルタが構成されており、各反復ブロック３０は、白色フィルタ３２、赤色フィルタ３４、緑色フィルタ３６及び青色フィルタ３８を含む。この構成は、カラーフィルタの少なくとも１つを（例えば、正方形又は長方形ではない）不規則形状にすることにより、赤色、緑色及び青色フィルタの望ましい完全な表面積割合を実現する。この例では、赤色フィルタ３４が不規則形状（疑似「Ｌ字」形状）である。これにより、正方形又は長方形の緑色及び青色フィルタが、赤色フィルタに対する望ましい相対的サイズを取得できるようになる（この場合、シリコン製の光検出器では、青色、緑色及び赤色フィルタの相対的サイズがそれぞれ１１．９９％、１９．７８％及び６８．２３％である）。また、白色フィルタの望ましい相対的サイズも可能になる。なお、赤／緑／青及び白の組み合わせ以外の色を検討することもできる。
【００２５】
図８には、図７のカラーフィルタパターン２８にとって理想的な画素の配列４０を示しており、画素１６は、反復ブロック３０内のカラーフィルタと同じ形状及びサイズを有する。なお、図７及び図８の反復ブロック３０を図２〜図４の端部量子効率技術と組み合わせることもできる（すなわち、反復ブロック３０に親フィルタ及び子フィルタを組み込んで、配列の端部に近い反復ブロック３０が、配列の中心に近い反復ブロックよりも大きくなるようにすることができる）。
【００２６】
図９には、赤色フィルタ３４の不規則形状が疑似「Ｕ字」形状であることを除き図７のパターンと同様の別のカラーフィルタパターン５０の例を示している。図１０には、図８のカラーフィルタパターン５０にとって理想的な画素の配列６０を示しており、画素１６は、パターン５０の反復ブロック３０内のカラーフィルタと同じ形状及びサイズを有する。なお、図９及び図１０の反復ブロック３０を図２〜図４の端部量子効率技術と組み合わせることもできる（すなわち、反復ブロック３０に親フィルタ及び子フィルタを組み込んで、配列の端部に近い反復ブロック３０が配列の中心に近い反復ブロックよりも大きくなるようにすることができる）。
【００２７】
図１１及び図１２に、不規則形状のフィルタ形状を使用せずに完全な色バランスを達成するさらなるカラーフィルタパターン７０及び８０の例を示す。これらのパターンでは、フィルタ形状が全て正方形又は長方形であり、カラーフィルタパターン及び下にある画素の製造の複雑性が単純化される。
【００２８】
本発明は、本明細書で上述し図示した（単複の）実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる変形形態を含むと理解されたい。例えば、本明細書における本発明に対する言及は、いずれかの請求項又は請求項内の用語の範囲を限定するものではなく、１又はそれ以上の請求項の対象範囲とすることができる１又はそれ以上の特徴について言及しているものにすぎない。上述した材料、処理及び数値の例は例示的なものにすぎず、特許請求の範囲を限定するものと見なすべきではない。最後に、単一層の材料を複数層のこのような又は同様の材料として形成することができ、逆もまた同様である。
【００２９】
なお、本明細書で使用している「ｏｖｅｒ」及び「ｏｎ」（〜上に）という用語は、いずれも「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ（〜上に直接的に）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されていない）という意味と、「ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ（〜上に間接的に）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されている）という意味を包括的に含む。同様に、「ａｄｊａｃｅｎｔ（隣接する）」という用語は、「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ（直接隣接する）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されていないこと）、及び「ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ（間接的に隣接する）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されていること）を含み、「ｍｏｕｎｔｅｄ  ｔｏ（〜に取り付けられた）」という用語は、「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｔｏ（〜に直接取り付けられた）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されていないこと）、及び「ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｔｏ（〜に間接的に取り付けられた）」（間に中間材料、要素又は空間が配置されていること）を含み、「ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ（電気的に結合された）」という用語は、「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ（電気的に直接結合された）」（要素同士を互いに電気的に接続する中間材料又は要素が間に存在しないこと）、及び「ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ（電気的に間接的に結合された）」（要素同士を互いに電気的に接続する中間材料又は要素が間に存在すること）を含む。例えば、「基板上に」要素を形成することは、間に中間材料／要素を伴わずに基板上に直接要素を形成すること、及び間に１又はそれ以上の中間材料／要素を伴って基板上に間接的に要素を形成することを含むことができる。
【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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【外国語明細書】
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