(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタイル化した最小繰り返しユニットであって、各最小繰り返しユニットは、少なくとも、
第１のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタ、第２のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタ及び第３のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタを含む３又はそれより多いカラーフィルタを備えるフィルタの第１の組と、
前記第１の組の前記カラーフィルタの間に位置する１又はそれより多い広帯域フィルタを備えるフィルタの第２の組とを備え、
前記１又はそれより多い広帯域のフィルタの各々は、前記第１、第２及び第３のスペクトル光応答のいずれよりも広いスペクトルを持つ第４のスペクトル光応答を有し、
前記第２の組の個別のフィルタは、前記第１の組の個別のフィルタのいずれよりも小さい領域を有し、
前記第１の組は、四角形の環を形成するように配置された４つの長方形カラーフィルタを含み、
前記第２の組は、前記四角形の環の内側に位置する単一の広帯域フィルタを含み、
前記四角形の環は、１つの四角形の区域を同じ形状及び同じ中心を有す大きな四角形から差し引いた場合にもたらされる形状であり、
前記第１のスペクトル光応答はシアン（Ｃ）であり、前記第２のスペクトル光応答は、マゼンタ（Ｍ）であり、前記第３のスペクトル光応答は、黄色（Ｙ）であり、前記第４のスペクトル光応答は、パンクロマティック（Ｐ）であり、
前記長方形カラーフィルタの２つは、黄色であり、１つは、シアンであり、１つは、マゼンタである、
ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項２】
前記長方形カラーフィルタの内の１つは、前記第１のスペクトル光応答を含み、前記長方形カラーフィルタの内の２つは、前記第３のスペクトル光応答を含み、前記長方形カラーフィルタの内の１つは、前記第２のスペクトル光応答を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項３】
複数の個別ピクセルを含むピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイの各個別ピクセルが、前記カラーフィルタアレイの対応するフィルタに光学的に結合するように、前記ピクセルアレイの上に位置するカラーフィルタアレイと、
を備え、
前記カラーフィルタアレイは、複数のタイル化された最小繰り返しユニットを備え、
各最小繰り返しユニットは、少なくとも、
第１のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタ、第２のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタ及び第３のスペクトル光応答を伴う少なくとも１つのカラーフィルタを含む３又はそれより多いカラーフィルタを備えるフィルタの第１の組と、
前記第１の組の前記カラーフィルタの間に位置する１又はそれより多い広帯域フィルタを備えるフィルタの第２の組とを備え、
前記１又はそれより多い広帯域のフィルタの各々は、前記第１、第２及び第３のスペクトル光応答のいずれよりも広いスペクトルを持つ第４のスペクトル光応答を有し、
前記第２の組の前記個別のフィルタは、前記第１の組の前記個別のフィルタのいずれよりも小さい領域を有し、
前記第１の組は、四角形の環を形成するように配置された４つの長方形カラーフィルタを含み、
前記第２の組は、前記四角形の環の内側に位置する単一の広帯域フィルタを含み、
前記四角形の環は、１つの四角形の区域を同じ形状及び同じ中心を有す大きな四角形から差し引いた場合にもたらされる形状であり、
さらに、
前記ピクセルアレイと結合して、前記個別ピクセルからの信号を読み出す読み出し回路と、
前記読み出し回路と結合し、前記個別ピクセルから読まれた信号を処理する機能論理と、を備える、
画像センサ。
【請求項４】
各フィルタの大きさは、対応するピクセルの大きさに実質的に適合する、ことを特徴とする請求項３に記載の画像センサ。
【請求項５】
各フィルタの大きさは、対応するピクセルの大きさとは異なる、ことを特徴とする請求項３に記載の画像センサ。
【請求項６】
前記長方形カラーフィルタの内の１つは、前記第１のスペクトル光応答を含み、前記長方形カラーフィルタの内の２つは、前記第２のスペクトル光応答を含み、前記長方形カラーフィルタの内の１つは、前記第３のスペクトル光応答を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像センサ。
【請求項７】
前記第１のスペクトル光応答は、赤（Ｒ）であり、前記第２のスペクトル光応答は、緑（Ｇ）であり、前記第３のスペクトル光応答は、青（Ｂ）であり、前記第４のスペクトル光応答は、パンクロマティック（Ｐ）である、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。
【請求項８】
前記第１のスペクトル光応答はシアン（Ｃ）であり、前記第２のスペクトル光応答は、マゼンタ（Ｍ）であり、前記第３のスペクトル光応答は、黄色（Ｙ）であり、前記第４のスペクトル光応答は、パンクロマティック（Ｐ）である、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。
【請求項９】
前記長方形カラーフィルタの二つは、マゼンタ（Ｍ）であり、一つは、シアン（Ｃ）であり、一つは、黄色（Ｙ）である、ことを特徴とする請求項８に記載の画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、画像センサ、特に、しかし他を排斥することは意図されていないが、画像センサを用いてカラーエイリアシングを最小化するカラーフィルタアレイのパターンに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像センサは、デジタル静止カメラ、携帯電話、監視カメラのみならず、医療、自動車その他の応用において幅広く用いられる。画像センサ、特に相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを製造するために用いられる技術は、迅速なペースで発展し続けていて、より高い解像度及び、より低い消費電力に対する要求が、画像センサの更なる小型化及び一体化を促してきた。
【０００３】
従来のＣＭＯＳ画像センサは、バイヤパターンとして知られる形式で配置される、赤、緑及び青（ＲＧＢ）といった一組の原色のカラーフィルタアレイ（ＣＦＡｓ）を利用していた。ある実施形態において、色なし、クリア若しくはパンクロマティックピクセルとしても知られるクリアピクセルが、カラーフィルタアレイに含まれて、画像センサの感度を向上することができる。ＲＧＢカラーフィルタに加えてクリアフィルタを含むカラーフィルタアレイは、ＲＧＢＣピクセルパターンと呼ばれることがある。
【０００４】
あるＲＧＢＣパターンは、感度を向上させるが、カラーエイリアシングを引き起こし得る。カラーエイリアシングは、画像領域において、悪質なカラー表示をもたらす。例えば、赤又は青といった色は、緑であるべき画像の一部において現れ得る。カラーエイリアシングの別の例では、個別のピクセルを通して現れる、黒又は別の暗い背景にある小さい白い線が、原色の各々の単一のピクセルを含む線として解釈されることがある。カラーエイリアシングは、ＲＧＢＣパターン内のクリアフィルタの配列のため、少なくとも部分的に発生する。クリアピクセルを有する画像センサは、カラーエイリアシングを一層引き起こしやすくなる。なぜなら、クリアピクセル光の強度以外にそれ自身のいかなる色の情報も生成しないからである。
【０００５】
カラーエイリアシングは、電荷結像デバイス（ＣＣＤ）画像センサ又は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）と共に特定のカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）パターンを用いることによって生じる一般的に望ましくない効果である。従って、カラーエイリアシングを最小化するＣＦＡパターンを設計することが、望まれている。
【０００６】
特に定めのない限り様々な図を通じて同様の参照数字が同じ部分を示す以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、カラーフィルタアレイを含む画像センサの実施形態の概念図である。
【図２Ａ】それぞれ、前面が照射されるピクセルの対の実施形態及び背面が照射されるピクセルの実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】それぞれ、前面が照射されるピクセルの対の実施形態及び背面が照射されるピクセルの実施形態の断面図である。
【図３】図３は、多数の最小の繰り返しユニット（ＭＲＵｓ）をタイル化することによって形成されるカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）の実施形態の概念図である。
【図４Ａ】最小繰り返しユニットの実施形態の概念図である。
【図４Ｂ】最小繰り返しユニットの実施形態の概念図である。
【図４Ｃ】最小繰り返しユニットの実施形態の概念図である。
【図４Ｄ】最小繰り返しユニットの実施形態の概念図である。
【図４Ｅ】最小繰り返しユニットの実施形態の概念図である。
【図５Ａ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図５Ｂ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図５Ｃ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図５Ｄ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図６Ａ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図６Ｂ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図６Ｃ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図６Ｄ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ａ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ｂ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ｃ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ｄ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ｅ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図７Ｆ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図８Ａ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図８Ｂ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図８Ｃ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図８Ｄ】最小繰り返しユニットの別の実施形態の概念図である。
【図９Ａ】カラーフィルタアレイに結合したピクセルアレイの実施形態の断面図である。
【図９Ｂ】カラーフィルタアレイに結合したピクセルアレイの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
カラーエイリアシングを最小化するカラーフィルタアレイパターンのための装置、システム、及び方法の実施形態を説明する。特定の詳細を実施形態の完全な理解を提供するために説明するが、当業者は、説明する詳細のうちの１つ又はそれよりも多くがなくとも又は他の方法、構成要素、材料などによって本発明を実施することができることを認識するであろう。一部の事例では、公知の構造、材料、又は作動は、詳細に説明又は図示しないが、それにもかかわらず本発明の範囲に包含される。
【０００９】
本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、実施形態と共に説明する詳細な特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの説明する実施形態に含まれ得ることを意味する。従って、「一実施形態では」又は「実施形態では」の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を意味するとは限らない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれよりも多くの実施形態においていずれかの適切な方式で組み合わせることができる。
【００１０】
図１は、色ピクセルアレイ１０５、ピクセルアレイに結合された読み出し回路１７０、読み出し回路に結合された機能論理１１５、及びピクセルアレイに結合された制御回路１２０を含む相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ１００の実施形態を示している。色ピクセルアレイ１０５は、個別の画像センサ又はＸピクセル縦列及びＹピクセル横列を有するピクセル（例えば、ピクセルＰ１、Ｐ２．．．，Ｐｎ）の２次元（「２Ｄ」）アレイである。色ピクセルアレイ１０５は、図５Ａに示すような前面照明画像センサ又は図５Ｂに示すような背面照明画像センサに実施することができる。図示のように、アレイの各ピクセルは、横列（例えば、横列Ｒ１〜Ｒｙ）及び縦列（例えば、縦列Ｃ１〜Ｃｘ）に配置され、人、場所、又は物体の画像データを取得し、次に、これらを使用して人、場所、又は物体の２Ｄ画像を提供することができる。色ピクセルアレイ１０５は、カラーフィルタアレイの開示する実施形態と共に以下で更に説明するように、ピクセルアレイに結合されたカラーフィルタアレイ（「ＣＦＡ」）を使用して各ピクセルに色を割り当てる。
【００１１】
ピクセルアレイ１０５の各ピクセルがその画像データ又は画像電荷を取得した後に、画像データは、読み出し回路１７０によって読み出されて記憶、追加処理、その他のために機能論理１１５に転送される。読み出し回路１７０は、振幅回路、アナログ／デジタル変換（「ＡＤＣ」）回路、又は他の回路を含むことができる。機能論理１１５は、画像データを記憶し及び／又は影像後効果（例えば、切り取り、回転、赤目除去、輝度調節、コントラスト調節、又はその他）を適用することによって画像データを操作することができる。機能論理１１５も使用して、一実施形態では画像データを処理し、固定パターンノイズを補正することができる（すなわち、低減するか又は除去する）。制御回路１２０をピクセルアレイ１０５に結合して、色ピクセルアレイ１０５の作動特性を制御する。例えば、制御回路１２０は、画像取得を制御するためのシャッター信号を発生させることができる。
【００１２】
図２Ａは、ＣＭＯＳ画像センサの前面照明（ＦＳＩ）ピクセル２００の実施形態の断面を示す。ＦＳＩピクセル２００の前面は、感光性区域２０４及び関連ピクセル回路を配置し、かつこの上には信号を再分配するための金属スタック２０６が形成される。金属スタック２０６は、金属層Ｍ１及びＭ２を含み、金属層Ｍ１及びＭ２をパターン化し、ＦＳＩピクセル２００への光入射が感光性又は光ダイオード（「ＰＤ」）領域２０４に到達することができる光通路を生成する。色画像センサを実施するために、前面は、その個別のカラーフィルタ（個別のフィルタ２０３及び２０５は、この特定の断面で示されている）の各々が入射光をＰＤ領域２０４上に集束させるのに役に立つマイクロレンズ５０６の下に配置されたカラーフィルタアレイ２０１を含む。カラーフィルタアレイ２０１は、本明細書で説明する任意のカラーフィルタアレイとすることができる。
【００１３】
図２Ｂは、ＣＭＯＳ画像センサにおける背面照明（ＢＳＩ）ピクセル２５０の実施形態の断面を示す。ＦＳＩピクセル２００と同様に、ピクセル２５０の前面は、感光性領域２０４及び関連ピクセル回路を配置し、かつその上に信号を再分配するために金属スタック２０６が形成される基板の側面である。背面は、前面の反対側の基板２０２の側である。色画像センサを実施するために、背面は、その個別のカラーフィルタ（個別のフィルタ２０３及び２０５は、この特定の断面で示されている）の各々がマイクロレンズ２０６の下に配置されたカラーフィルタアレイ２０１を含む。マイクロレンズ２０６は、入射光を感光性領域２０４上に集束させるのに役に立つ。ピクセル２５０の背面照明は、金属スタック２０６における金属相互接続線が、撮像されている物体と感光性領域２０４の間の経路を覆い隠さず、感光性領域によってより大きい信号発生をもたらすことを意味する。
【００１４】
図３は、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）及びＣＦＡを形成するようにタイル化した最小繰り返しユニット（ＭＲＵ）の組を示す。ＣＦＡ３００は、ＣＦＡが結合しているか又は結合することになるピクセルアレイの個別のピクセルの数に実質的に対応するいくつかの個別のフィルタを含む。各個別のフィルタは、ピクセルアレイの対応する個別のピクセルに光学的に結合し、光応答の組から選択された特定のカラー光応答を有する。特定の光応答は、同時に他のスペクトルの部分に対して低い感度を有しながら電磁気スペクトルの一定の部分に対して高い感度を有する。ピクセル自体は色なしであるが、ＣＦＡは、ピクセルの上にフィルタを配置することによって各ピクセルに個別の光応答を割り当てるので、ピクセルをその特定の光応答のピクセルと呼ぶのが一般的である。従って、ピクセルは、ピクセルにフィルタがないか又はクリア（すなわち、色なし又はパンクロマティック）フィルタに結合される場合に「クリアピクセル」、ピクセルが青カラーフィルタに結合される場合に「青色ピクセル」、ピクセルが緑カラーフィルタに結合される場合に「緑色ピクセル」、又はピクセルが赤カラーフィルタに結合される場合に「赤色ピクセル」等と呼ぶことができる。
【００１５】
通常、センサで用いるために選択されるカラー光応答の組は、少なくとも３色であるが、一部の実施形態は、４色以上とすることができる。４カラー光応答をもつＣＦＡ３００の実施形態において、光応答の組は、赤色、緑色、青色、及びクリア又はパンクロマティック（つまり無彩色又は色なし）とすることができる。しかし、他の実施形態において、ＣＦＡ３００は、前記の色に加えて又はその代わりに他の光応答を有することができる。例えば、他の実施形態では、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及び黄色（Ｙ）フィルタ、クリア（つまり色なし）フィルタ、赤外線フィルタ、紫外線フィルタ、Ｘ線フィルタ等を含むことができる。
【００１６】
本明細書で用いる場合、白色、クリア、色なし、又はパンクロマティック光応答は、カラー光応答の選択された組で表されるこれらのスペクトル感度よりも広いスペクトル感度を有する光応答を意味する。パンクロマティックの感光性は、可視スペクトルにわたって高い感度を有することができる。パンクロマティックピクセルという用語は、パンクロマティック光応答を有するピクセルを意味する。パンクロマティックピクセルは、一般的に、カラー光応答の組よりも広いスペクトル感度を有するが、各パンクロマティックピクセルは、関連フィルタを有することができる。このようなフィルタは、減光フィルタ又はカラーフィルタのいずれかである。
【００１７】
ＣＦＡ３００の個別のフィルタは、ＭＲＵ３０２のような最小繰り返しユニット（ＭＲＵ）にグループ分けされ、ＭＲＵは、矢印によって示すように垂直及び水平にタイル化されてＧＦＡ３００を形成する。最小繰り返しユニットは、他のいずれの繰り返しユニットもより少ない個別のフィルタをもたない繰り返しユニットである。カラーフィルタアレイは、いくつかの異なる繰り返しユニットを含むことができるが、繰り返しユニットは、より少ない個別のフィルタを含むアレイに別の繰り返しユニットがある場合に最小繰り返しユニットではない。また、他の実施形態は、ＭＲＵ３０２に関して示したものよりも多い又は少ないピクセル数を含むＭＲＵを備えたフィルタアレイを含むことができる。
【００１８】
図４Ａは、最小繰り返しユニット（ＭＲＵ）４００の実施形態を示す。ＭＲＵ４００は、四角形の環を形成するように配置された４つの四角形フィルタ４０２ａ−４０２ｄを含む。四角形の環は、１つの四角形の区域を同じ形状及び同じ中心を有す大きな四角形から差し引いた場合にもたらされる形状である。例示の実施形態において、四角形の環は、正方形環であるが、他の実施形態において、正方形である必要はない。
【００１９】
例示の実施形態において、フィルタ４０２ａ−４０２ｄは長方形であり、実質的に同じサイズであるが、他の実施形態において、フィルタ４０２ａ−４０２ｄは他の四角形形状とすることができる。さらに他の実施形態において、４つのフィルタ４０２ａ−４０２ｄ全ては、同じサイズである必要はない。フィルタ４０２ａ−４０２ｄが形成する四角形の環の中心にはフィルタ４０２ａ−４０２ｄのいずれよりも面積の小さい四角形フィルタ４０４がある。フィルタ４０４のエッジはフィルタ４０２ａ−４０２ｄのエッジと一致しており、フィルタ４０４は、フィルタ４０２ａ−４０２ｄは形成する四角形の環の内側で形作られて境界付けされている。例示の実施形態において、フィルタ４０４は正方形であるが、他の実施形態において、フィルタ４０４は、四角形フィルタ４０２ａ−４０２ｄの形状及び相対的なサイズに応じて、非正方形の四角形とすることができる。
【００２０】
スペクトル光応答をＭＲＵ４００の個別のフィルタに割り当てるために、個別のフィルタは、２つのグループに分けることができ、第１のグループは、３つの異なるカラースペクトル光応答Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を備えたフィルタ含み、第２のグループは、第４の光応答Ｓ４を有する広帯域フィルタを含む。広帯域は、スペクトル光応答Ｓ４を有するフィルタが、スペクトル光応答Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３を有するいずれかのフィルタよりも広い波長スペクトルを通過させることを意味し、実際には、一部の実施形態において、Ｓ４は、Ｓ１−Ｓ３の全てを包含することができる。ＭＲＵ４００において、３つのスペクトル光応答Ｓ１−Ｓ３は４つのフィルタ４０２ａ−４０２ｄに割り当てられ、このことは、光応答Ｓ１−Ｓ３の何れかがＭＲＵ４００に２回現れること、換言するとＭＲＵにおいて同一カラー光応答フィルタが２回以上現れることを意味する。例えば、例示の実施形態において、スペクトル光応答Ｓ２が２回現れるので、本実施形態において、同一カラー光応答フィルタは斜め向かいにあって当接していない。しかし、他の実施形態において、同一カラー光応答フィルタは、図示のものとは異なるように配置することができる。例えば、同じ光応答フィルタは、異なる対角線に沿って配置すること、又は水平方向又は垂直方向で当接することができる。
【００２１】
図４Ｂ−４Ｅは、各スペクトル光応答が特異的に割り当てられたＭＲＵ４００の実施形態を例示する。図４Ｂは、スペクトル光応答Ｓ１−Ｓ３が、ＲＧＢカラーの組としても知られている、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青を含む原色の組から選択されたＭＲＵ４００の実施形態を示す。例示の実施形態において、Ｓ１は赤、Ｓ２は緑、及びＳ３は青である。Ｓ１−Ｓ３よりも広いスペクトルを有するスペクトル光応答Ｓ４は、パンクロマティックである。
【００２２】
図４Ｃは、スペクトル光応答Ｓ１−Ｓ３が図４Ｂと同様に原色の組（ＲＧＢ）から選択されるが、カラー割り当てが異なる実施形態を例示する。例示の実施形態において、Ｓ１は緑、Ｓ２は青、及びＳ３は赤である。前述の実施形態と同様にＳ４はパンクロマティックのままである。
【００２３】
図４Ｄは、２つの同一カラー光応答フィルタが、図４Ａとは相違して配置される実施形態を例示し、本実施形態において、一対の同一カラー光応答フィルタ（本実施形態では緑）が、斜めに向かい合うのではなく垂直方向に当接する。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ原色の組から選択される、Ｓ４はパンクロマティックのままである。
【００２４】
図４Ｅは、スペクトル光応答Ｓ１−Ｓ３が図４Ａに示すように配置されるが、スペクトル光応答Ｓ１−Ｓ３が異なる原色の組を使用する実施形態を例示する。例示の実施形態において、原色の組は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄色（Ｙ）のカラーの組であり、各スペクトル光応答は、ＭＲＵにおいてＳ１がシアン、Ｓ２が黄色、及びＳ３がマゼンタで割り当てられる。
【００２５】
図５Ａは、ＭＲＵ５００の他の実施形態を例示する。ＭＲＵ５００は、直線的に配置された３つの八角形フィルタ５０２、５０４、及び５０６を含み、各フィルタは、少なくとも１つの隣接する八角形フィルタのエッジと一致する少なくとも１つのエッジを有する。例示の実施形態において、八角形フィルタ５０２、５０４、５０６は、同じサイズの正八角形であるが、他の実施形態において、これらは同じサイズの正八角形である必要はない。また、ＭＲＵ５００は、３つの四角形フィルタ５０８、５１０、及び５１２を有し、このことは、八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。四角形フィルタ５０８、５１０、及び５１２の面積は、いずれの八角形フィルタ５０２、５０４、及び５０６よりも小さい。四角形フィルタ５０８、５１０、及び５１２の各々は、隣接する八角形フィルタの不一致エッジで形成された少なくとも２つの辺を有するので、タイル化ＭＲＵ５００によって生じるカラーフィルタアレイにおいて、四角形フィルタ５０８、５１０、５１２は、各八角形フィルタの間の格子間空間を占有してこれによって境界付けされることになる。例示の実施形態において、四角形フィルタ５０８、５１０、５１２は正方形であるが、他の実施形態において、これらは正方形以外の四角形、例えば長方形、台形、又はひし形とすることができる。
【００２６】
ＭＲＵ５００の個別のフィルタには異なる光応答が割り当てられる。八角形ピクセル５０２、５０４、及び５０６にはカラー光応答Ｓ１−Ｓ３が割り当てられるが、四角形ピクセル５０８、５１０、及び５１２には広帯域スペクトル光応答Ｓ４が割り当てられる。カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ又はＣＭＹのような原色の組から選択することができる。ＭＲＵ５００において、３つのフィルタには３つのカラー光応答が割り当てられるが、このことはＭＲＵにおいて光応答Ｓ１−Ｓ３が１回だけ現れることを意味する。
【００２７】
図５Ｂは、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３がＲＧＢ原色の組から選択されているＭＲＵ５００の実施形態を例示する。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、Ｓ１が赤、Ｓ２が緑、及びＳ３が青として割り当てられるが、他の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３の各々に割り当てられる原色は異なることができる。四角形フィルタ５０８−５１２に割り当てられる広帯域スペクトル光応答Ｓ４は、パンクロマティック（Ｐ）である。
【００２８】
図５Ｃは、ＭＲＵ５５０の代替的実施形態を例示する。ＭＲＵ５５０は、直角を成すように配置された３つの八角形フィルタ５５２、５５４、及び５５６を含み、各フィルタは、少なくとも１つの当接する又は隣接する八角形フィルタのエッジに一致する少なくとも１つのエッジを有する。例示の実施形態において、八角形フィルタ５５２、５５４、及び５５６は、実質的に同じサイズの正八角形であるが、他の実施形態において、同じサイズの正八角形である必要はない。また、ＭＲＵ５５０は、３つの四角形フィルタ５５８、５６０、及び５６２を含み、このことは八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。四角形フィルタ５５８、５６０、及び５６２の面積は、いずれの八角形フィルタ５５２、５５４、及び５５６よりも小さい。四角形フィルタ５５８、５６０、及び５６２の各々は、隣接する八角形フィルタの不一致エッジで形成された少なくとも２つの辺を有するので、タイル化ＭＲＵ５５０によって生じるカラーフィルタアレイにおいて、四角形フィルタ５５８、５６０、及び５６２は、各八角形フィルタの間の格子間空間を占有することになる。例示の実施形態において、四角形フィルタ５５８、５６０、及び５６２は正方形であるが、他の実施形態において、八角形フィルタの形状及びサイズに応じて、これらは正方形以外の四角形、例えば長方形、台形、又はひし形とすることができる。
【００２９】
ＭＲＵ５５０の個別のフィルタには異なる光応答が割り当てられる。八角形ピクセル５０２、５０４、及び５０６にはカラー光応答Ｓ１−Ｓ３が割り当てられるが、四角形ピクセル５０８、５１０、及び５１２には広帯域スペクトル光応答Ｓ４が割り当てられる。カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ又はＣＭＹのような原色の組から選択することができる。ＭＲＵ５５０において、３つのフィルタには３つのカラー光応答が割り当てられるが、このことはＭＲＵにおいて光応答Ｓ１−Ｓ３が１回だけ現れることを意味する。
【００３０】
図５Ｄは、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３がＲＧＢ原色の組から選択されているＭＲＵ５５０の実施形態を例示する。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、Ｓ１が赤、Ｓ２が緑、及びＳ３が青として割り当てられるが、他の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３の各々に割り当てられる原色は異なることができる。四角形フィルタ５５８−５６２に割り当てられる広帯域スペクトル光応答Ｓ４は、パンクロマティック（Ｐ）である。
【００３１】
図６Ａは、ＭＲＵ６００の他の実施形態を例示する。ＭＲＵ６００は、直線的に配置された４つの八角形フィルタ６０２、６０４、６０６、及び６０８を含み、各フィルタは、当接する又は隣接する八角形フィルタの少なくとも１つのエッジに一致する少なくとも１つのエッジを有する。例示の実施形態において、八角形フィルタ６０２、６０４、６０６、及び６０８は、同じサイズの正八角形であるが、他の実施形態において、同じサイズの正八角形である必要はない。また、ＭＲＵ６００は、４つの四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６を含み、このことは八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６の面積は、いずれの八角形フィルタ６０２、６０４、６０６、及び６０８よりも小さい。四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６の各々は、当接する又は隣接する八角形フィルタの不一致エッジで形成された少なくとも２つの辺を有するので、タイル化ＭＲＵ６００によって生じるカラーフィルタアレイにおいて、四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６は、各八角形フィルタの間の格子間空間を占有することになる。例示の実施形態において、四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６は正方形であるが、他の実施形態において、八角形フィルタの形状及びサイズに応じて、これらは正方形以外の四角形、例えば長方形、台形、又はひし形とすることができる。
【００３２】
ＭＲＵ６００の個別のフィルタには異なる光応答が割り当てられる。八角形ピクセル６０２、６０４、６０６、及び６１０にはカラー光応答Ｓ１−Ｓ３が割り当てられるが、四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６には広帯域スペクトル光応答Ｓ４が割り当てられる。カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ又はＣＭＹのような原色の組から選択することができる。ＭＲＵ６００において、４つのフィルタには３つのカラー光応答が割り当てられるが、このことはＭＲＵにおいて光応答Ｓ１−Ｓ３が２回現れることを意味する。２回現れる特定のスペクトル光応答、並びにこれらの同一カラー光応答フィルタのＭＲＵ内での位置は、種々の実施形態で相違することができる。
【００３３】
図６Ｂは、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３がＲＧＢ原色の組から選択されているＭＲＵ６００の実施形態を例示する。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、Ｓ１が赤、Ｓ２が緑、及びＳ３が青として割り当てられるが、他の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３の各々に割り当てられる原色は異なることができる。四角形フィルタ６１０−６１６に割り当てられる広帯域スペクトル光応答Ｓ４は、パンクロマティック（Ｐ）である。
【００３４】
図６Ｃは、ＭＲＵ６５０の代替的実施形態を例示する。ＭＲＵ６５０は、正方形に配置された八角形フィルタ６５２、６５４、６５６、及び６５８を含み、八角形フィルタの各々は、隣接する又は当接する八角形フィルタのエッジに一致する少なくとも２つのエッジを有する。例示の実施形態において、八角形フィルタ６５２、６５４、６５６、及び６５８は、実質的に同じサイズの正八角形であるが、他の実施形態において、同じサイズの正八角形である必要はない。また、ＭＲＵ６５０は、４つの四角形フィルタ６６０、６６２、６６４、及び６６６を含み、このことは八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。四角形フィルタ６６０、６６２、６６４、及び６６６の面積は、いずれの八角形フィルタ６５２、６５４、６５６、及び６５８よりも小さい。四角形フィルタ６６０、６６２、６６４、及び６６６の各々は、当接する又は隣接する八角形フィルタの不一致エッジで形成された少なくとも２つの辺を有するので、四角形フィルタ６６０、６６２、６６４、及び６６６は、各八角形フィルタの間の格子間空間を占有することになり、例えば、四角形フィルタ６６０は、八角形フィルタ６５２−６５８で形成された格子間空間を占有するように提示される。例示の実施形態において、四角形フィルタ６１０、６１２、６１４、及び６１６は正方形であるが、他の実施形態において、八角形フィルタの形状及びサイズに応じて、これらは正方形以外の四角形、例えば長方形、台形、又はひし形とすることができる。
【００３５】
ＭＲＵ６５０の個別のフィルタには異なる光応答が割り当てられる。八角形ピクセル６５２、６５４、６５６、及び６５８にはカラー光応答Ｓ１−Ｓ３が割り当てられるが、四角形ピクセル６６０、６６２、６６４、及び６６６には広帯域スペクトル光応答Ｓ４が割り当てられる。カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ又はＣＭＹのような原色の組から選択することができる。ＭＲＵ６５０において、４つのフィルタには３つのカラー光応答が割り当てられるが、このことはＭＲＵにおいて光応答Ｓ１−Ｓ３が２回現れることを意味する。２回現れる特定のスペクトル光応答、並びにこれらの同一カラー光応答フィルタのＭＲＵ内での位置は、種々の実施形態で相違することができる。
【００３６】
図６Ｄは、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３がＲＧＢ原色の組から選択されているＭＲＵ６５０の実施形態を例示する。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、Ｓ１が赤、Ｓ２が緑、及びＳ３が青として割り当てられるが、他の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３の各々に割り当てられる原色は異なることができる。四角形フィルタ６６０−６６６に割り当てられる広帯域スペクトル光応答Ｓ４は、パンクロマティック（Ｐ）である。
【００３７】
図７Ａ−７Ｆは、ＭＲＵの代替的実施形態を例示し、各ＭＲＵは、２つのＭＲＵ６００のフィルタを一緒にグループ化して、八角形フィルタの各々に割り当てられるカラー光応答を変えること又は同一カラー光応答フィルタの位置を変えること又はその両方を行うことによって形成することができる。図７Ａ−７ＦのＭＲＵの各々は、４×２列で配置された８つの八角形フィルタと、８つの四角形フィルタとを含み、このことは八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。３つのカラー光応答Ｓ１−Ｓ３のうちの１つは、８つの八角形フィルタの各々に割り当てられており、光応答Ｓ１−Ｓ３のいずれか１つがＭＲＵで複数回現れることを意味する。複数回現れる特定のスペクトル光応答、並びにこれらの複数の同一カラー光応答フィルタのＭＲＵ内での位置は、種々の実施形態で相違することができる。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３は、ＲＧＢ原色の組から選択されるが、他の実施形態において、ＣＭＹといった他の原色の組を使用することができる。さらに、追加のＭＲＵの実施形態は、例示のＭＲＵと鏡像関係で、又は例示のＭＲＵを９０度、１８０度、又は２７０度回転させることで形成することができる。
【００３８】
図７Ａは、４×２列の八角形フィルタを有するＭＲＵを例示する。上列及び下列の両方は、二対の当接する同一カラー光応答フィルタを含む。例示の実施形態において、上列は、一対の当接する赤フィルタ及び一対の当接する緑フィルタを含み、左から右へのカラーシーケンスＲＲＧＧをもたらすが、下列は、一対の当接する緑フィルタ及び一対の当接する青フィルタを含み、左から右へのカラーシーケンスＧＧＢＢをもたらす。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００３９】
図７Ｂは、４×２列の八角形フィルタを有する他のＭＲＵを例示する。上列は、二対の当接する同一カラー光応答フィルタを含むが、下列は、全てが同じスペクトル光応答のフィルタを有する。例示の実施形態において、上列は、一対の当接する赤ピクセルと一対の当接する青ピクセルを有するので、左から右へのカラーシーケンスはＲＲＢＢであるが、下列は全て緑フィルタを含み、左から右へのカラーシーケンスはＧＧＧＧである。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００４０】
図７Ｃは、４×２列の八角形フィルタを備えたＭＲＵの他の実施形態を例示する。上列及び下列の両方は３つのカラー光応答の全てを含むが、同一カラー光応答フィルタは当接しない。例示の実施形態において、上列及び下列の両方は、左から右へのカラーシーケンスＲＧＢＧを有する。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００４１】
図７Ｄは、４×２列の八角形フィルタを備えたＭＲＵの他の実施形態を例示する。上列及び下列の両方は３つのカラー光応答の全てを含むが、同一カラー光応答フィルタは当接しない。例示の実施形態において八角形フィルタの上列は、左から右へのカラーシーケンスＲＧＢＧを有するが、下列は、左から右へのカラーシーケンスＧＲＧＢを有する。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００４２】
図７Ｅは、４×２列の八角形フィルタを備えたＭＲＵの他の実施形態を例示する。上列及び下列の両方は３つのカラー光応答の全てを含むが、本実施形態において、２つの緑フィルタは垂直方向に当接するが、他の同一カラー光応答フィルタは当接しない。例示の実施形態において、八角形フィルタの上列は左から右へのカラーシーケンスＲＧＢＧを有するが、下列は左から右へのカラーシーケンスＢＧＲＧを有する。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００４３】
図７Ｆは、４×２列の八角形フィルタを備えたＭＲＵの他の実施形態を例示する。上列及び下列の両方は３つのカラー光応答の全てを含むが、同一カラー光応答フィルタは当接しない。例示の実施形態において、八角形フィルタの上列は左から右へのカラーシーケンスＲＧＲＧを有するが、下列は左から右へのカラーシーケンスＧＢＧＢを有する。全ての四角形フィルタはパンクロマティックである。
【００４４】
図８Ａ−８Ｄは、ＭＲＵの代替的実施形態を例示し、各ＭＲＵは、４つのＭＲＵ６００のフィルタもしくは図７Ａ−７ＦのＭＲＵの２つを一緒にグループ化して、八角形フィルタの各々に割り当てられるカラー光応答を変えること又は同一カラー光応答フィルタの位置を変えること又はその両方を行うことによって形成することができる。図８Ａ−８ＤのＭＲＵの各々は、４×４行に配置された１６の八角形フィルタと１６の四角形フィルタとを含み、このことは八角形と四角形フィルタの比率が１：１であることを意味する。３つのカラー光応答Ｓ１−Ｓ３のうちの１つは、１６の八角形フィルタの各々に割り当てられており、光応答Ｓ１−Ｓ３のいずれか１つがＭＲＵで複数回現れることを意味する。複数回現れる特定のスペクトル光応答、並びにこれらの複数の同一カラー光応答フィルタのＭＲＵ内での位置は、種々の実施形態で相違することができる。例示の実施形態において、カラー光応答Ｓ１−Ｓ３はＲＧＢ原色の組から選択され、広帯域光応答Ｓ４はパンクロマティックであるが、他の実施形態において、光応答Ｓ１−Ｓ３にはＣＭＹといった他の原色の組を使用することができる。さらに、追加のＭＲＵの実施形態は、例示のＭＲＵと鏡像関係で、又は例示のＭＲＵを９０度、１８０度、又は２７０度回転させることで形成することができる。
【００４５】
図９Ａ−９Ｂは、カラー画像センサの実施形態を例示する。図９Ａは、複数の光ダイオードを含むピクセルアレイ９０２を備えたカラー画像センサ９００を例示する。カラーフィルタアレイ９０４は、ピクセルアレイ９０２の上に配置されており、光ダイオードの各々がフィルタアレイの対応するフィルタに光学的に結合する。カラーフィルタアレイ９０４は、本明細書で説明される何らかのフィルタアレイとすることができる。例示の実施形態において、次に、光ダイオード９０６は、カラーフィルタ９０８に光学的に結合し、光ダイオード９１０は広帯域フィルタ９１２に光学的に結合し、ピクセルアレイ全体で以下同様である。また、フィルタアレイ９０４のカラーフィルタの各々は、対応するマイクロレンズ９１４に結合される。例示の実施形態において、フィルタアレイ９０１の全ての個別のフィルタのサイズ及び形状は、ピクセルアレイ９０２の対応する光ダイオードもサイズ及び形状に実質的に一致し、例えば、光ダイオード９０６は、フィルタ９０８のサイズ及び形状に実質的に一致し、光ダイオード９１０は、フィルタ９１２のサイズ及び形状に実質的に一致し、以下同様であるが、図９Ｂに示すように、このことは全ての実施形態に当てはまるものではない。
【００４６】
図９Ｂは、複数の光ダイオードを含むピクセルアレイ９５２を備えたカラー画像センサ９５０を例示する。カラーフィルタアレイ９５４は、ピクセルアレイ９５２の上に配置されており、光ダイオードの各々が、フィルタアレイの１又はそれ以上の対応するフィルタに光学的に結合する。カラーフィルタアレイ９５４は、本明細書で説明される何らかのフィルタアレイとすることができる。例示の実施形態において、フィルタアレイ９５４の個別のフィルタの全てのサイズは、ピクセルアレイ９５２の対応する光ダイオードのサイズ及び形状に一致しない。例えば、フィルタ９５８及び９６３といったカラーフィルタは、対応する光ダイオードよりも大きいが、広帯域フィルタ、例えば９６２は、対応する光ダイオードよりも小さい。一部の実施形態において、各フィルタの形状は、対応する光ダイオードの形状に一致することができるが、他の実施形態においてはその限りではない。
【００４７】
フィルタのサイズが異なるので、ピクセルアレイ９５２の一部の光ダイオードは複数のフィルタに光学的に結合することができる。例示の実施形態において、光ダイオード９５６は、カラーフィルタ９５８に光学的に結合するが、光ダイオード９６０は、広帯域フィルタ９６２並びにカラーフィルタ９５８及び９６３に光学的に結合し、ピクセルアレイ全体で以下同様である。フィルタアレイ９５４のフィルタの各々は、フィルタのサイズに実質的に一致する大きさのマイクロレンズに光学的に結合し、例示の実施形態において、マイクロレンズ９６４は、フィルタ９５８のサイズに実質的に一致するが、マイクロレンズ９６６は、フィルタ９６２のサイズに実質的に一致する。
【００４８】
要約に説明するものを含む本発明の例示的な実施形態の上記説明は、網羅的であること又は本発明を開示された形態に限定するように考えられているものではない。本発明の特定の実施形態及び実施例は、例示的な目的のために本明細書に説明したが、様々な同等な修正が、当業者が認識するように本発明の範囲で可能である。上記詳細説明に照らして本発明に対してこれらの修正を行うことができる。
【００４９】
以下の特許請求の範囲に使用する用語は、本発明を開示された実施形態に限定すると解釈すべきではない。むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲の解釈の確立された教義に従って解釈する必要がある特許請求の範囲によって完全に判断されるものとする。
【符号の説明】
【００５０】
２００  ＦＳＩピクセル
２０１  カラーフィルタアレイ
２０２  基板
２０３  フィルタ
２０５  フィルタ
２０６  マイクロレンズ
【図１】
0006584451.tif 000002
【図２Ａ】
0006584451.tif 000003
【図２Ｂ】
0006584451.tif 000004
【図３】
0006584451.tif 000005
【図４Ａ】
0006584451.tif 000006
【図４Ｂ】
0006584451.tif 000007
【図４Ｃ】
0006584451.tif 000008
【図４Ｄ】
0006584451.tif 000009
【図４Ｅ】
0006584451.tif 000010
【図５Ａ】
0006584451.tif 000011
【図５Ｂ】
0006584451.tif 000012
【図５Ｃ】
0006584451.tif 000013
【図５Ｄ】
0006584451.tif 000014
【図６Ａ】
0006584451.tif 000015
【図６Ｂ】
0006584451.tif 000016
【図６Ｃ】
0006584451.tif 000017
【図６Ｄ】
0006584451.tif 000018
【図７Ａ】
0006584451.tif 000019
【図７Ｂ】
0006584451.tif 000020
【図７Ｃ】
0006584451.tif 000021
【図７Ｄ】
0006584451.tif 000022
【図７Ｅ】
0006584451.tif 000023
【図７Ｆ】
0006584451.tif 000024
【図８Ａ】
0006584451.tif 000025
【図８Ｂ】
0006584451.tif 000026
【図８Ｃ】
0006584451.tif 000027
【図８Ｄ】
0006584451.tif 000028
【図９Ａ】
0006584451.tif 000029
【図９Ｂ】
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