(57)【要約】  複数の可視光透過・近赤外カットフィルター（８）、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター（９）のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層（２）のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。
2016080003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
上記固体撮像素子は、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
上記固体撮像素子は、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の可視光撮影と近赤外光撮影とを両方行うことができる固体撮像素子については特許文献１に示されるような素子が提案されていた。従来の固体撮像素子は、図１４の（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像素子１０００のように、従来の原色フィルター配列〔Ｇ（緑）画素用フィルター２画素分１００８Ｇ、Ｂ（青）画素用フィルター１画素分１００８Ｂ、Ｒ（赤）画素用フィルター１画素分１００８Ｒを市松模様状に配列〕のＧ画素用フィルターの１つを近赤外光用フィルター（ＩＲ）１００９に代えたものがあった。また、図１５の（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像素子２０００のように、従来の補色フィルター配列（８画素）２００８Ｍ，２００８Ｃ，２００８Ｙ，２００８Ｇの縦１列全てが近赤外光用フィルター（ＩＲ）２００９となったものもあった。【０００３】
これらの原色・補色フィルターに近赤外光用フィルターを加えた固体撮像素子において、可視光画像および近赤外光画像を取得する撮像システムの例について図１６を用いて簡単に説明する。従来の素子にて可視光画像を撮影する場合には、可視光光源１２００（近赤外波長も含まれるので通常光源と表現した方が適切かもしれない）から撮影対象物に光を照射し、その画像を従来の固体撮像素子１０００または２０００で撮影した素子から出力される、Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれの出力信号には、近赤外域の波長で光電変換された情報も含まれることになる（従来のフォトダイオードおよびＲ・Ｇ・Ｂフィルターでは近赤外波長域の感度も持っていることから）。このため、従来は、近赤外波長域の光のみを透過するフィルターを設けた画素であるＩＲ画素の情報をＲ・Ｇ・Ｂ出力の情報から差し引く処理を行って画像構築を行っていた。【０００４】
一方、近赤外光画像を取得する場合、近赤外光光源１１００から撮影対象物に近赤外光を照射し、固体撮像素子１０００または２０００の全画素で撮影を行い、画像構築を行う（前述のように、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素においても近赤外波長域の感度を持つことから）。図１５の（ａ）に示す補色系フィルターの場合についても、フィルター配列とそれぞれの画素数が異なるのみで同様の画像構築方法であるのでここでは説明を省略する。以上のような方法で画像取得を行っていたために、可視光画像を取得する場合、原色は３/４画素の、補色は２/３画素の情報を用いて画像を構築し、近赤外光画像の取得は全画素の情報を用いて画像構築を行っていることが分かる。【０００５】
なお、補足説明として従来の可視光のみで用いる固体撮像素子の場合には、撮像素子チップと撮像光学系との間などにＩＲ（赤外）カットフィルターが設けられるため、上記のような近赤外領域光での光電変換は気にしなくて良いようになっている。また、図１４または図１５に示すような固体撮像素子１０００または２０００を用いず、通常の固体撮像素子を用いて近赤外光画像の取得もできる撮像システムが過去から提案されていた。【０００６】
また、図１７に示すような、可視光用の固体撮像素子４０００および近赤外光用の固体撮像素子３０００の２つの撮像素子を設けた撮像システムで、可視光画像取得には光学系にＩＲカットフィルター４００９を設けた素子、近赤外光画像取得には光学系にバンドパスフィルター３００８（特定ＩＲ波長の光のみを透過）を設けた素子で撮影するものも提案されている。また、図１８に示す例では、固体撮像素子５０００は１つであるが、その撮影光学系にフィルター切り換え機構を設け、ＩＲカットフィルター４００９やバンドパスフィルター３００８を切り替えて撮影できるようにしたものも提案されている。【０００７】
また、その他、特許文献２に開示された技術のように、光源装置から撮影対象へ光を照射する光学系に、ＩＲカットフィルターやバンドパスフィルターを切り替える機構を設けたものなども提案されている。【０００８】
これらのような撮像システムを用いて、例えば、人体を近赤外光で撮像を行った場合には、特許文献１にも記されているように、血管（血液）中のヘモグロビンとそれ以外の人体組織の近赤外光の吸収・反射特性が異なるために撮影した人体の血管パターン情報を得ることができる。また、可視光撮影画像については、例えば、手のひらを撮影した場合には各人の掌紋（手相）パターンを得ることができ、静脈（動脈）認証と合わせて使用することで、個人特定の精度を高めることができる。また、近赤外光撮影は完全に血管だけを撮影することはできず、周辺の組織などの情報もある程度含まれてしまうことになる。これらのことを軽減するために近赤外光で撮影した画像と、可視光で撮影した画像と、を画像処理行って、血管情報のみを際立たせる処理を行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００５−１９１７４８号公報（２００５年７月１４日公開）」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開平４−３５７９２６号公報（１９９２年１２月１０日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、図１７および図１８に示す撮像システムや、特許文献２に開示された撮像システムで実現する場合、固体撮像素子および光学系を２系統用意する必要があったり、あるいはフィルター切り換えのためのメカニカル機構と使用しないフィルターの退避スペース等が必要になったりする。この場合、携帯電話用カメラシステムのような小型化は不可能であるし、コスト面でも非常に不利なものであると言える。【００１１】
以上のようなことから、図１４または図１５に示す固体撮像素子１０００または２０００、ならびに図１６に示す従来例の固体撮像素子１０００または２０００を用いた撮像システムで１系統の光学系と固体撮像素子とで、可視光画像と近赤外光画像との両方を撮像できるシステムが提案されている。しかしながら、図１６に示す従来例の固体撮像素子１０００または２０００を用いた撮像システムでは、可視光画像を取得する場合には、全画素の情報のうちＩＲ画素の情報を差し引いて画像を構築し、近赤外光画像を取得する場合には、全画素の情報を用いて画像を構築する必要があるために、図２３の（ａ）〜（ｅ）および図２４の（ａ）〜（ｅ）に示す比較図や、図２５の（ａ）〜（ｅ）および図２６の（ａ）〜（ｅ）に示す比較図のように可視光画像と近赤外光画像との両方を同時に取得することはできなかった。図２３の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、１３０万画素全読み出しＣＣＤ撮像素子（有効画素数：水平１２８０画素×垂直９６０画素）にて、可視光を照射して撮像を行う際の動作の流れを示し、図２４の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、近赤外光を照射して撮像を行う際の動作の流れを示している。一方、図２５の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、ＩＲカットフィルターを入れて撮像を行う際の動作の流れを示し、図２６の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、上記ＣＣＤ撮像素子にて、可視光カットフィルター（可視光カット、赤外透過）を入れて撮像を行う際の動作の流れを示している。【００１２】
また、静脈（動脈）の認証画像においては、近赤外光撮影画像から可視光撮影画像の情報を差し引くような処理を行って撮影対象の血管情報のみを際立たせた方がより正確な認証処理が可能となってくる。しかしながら、従来例の固体撮像素子１０００または２０００で取得した、可視光画像については３/４画素（補色の場合は２/３画素）の情報から造られたものであり、また可視光画像自体が近赤外光画像との処理で造られたものであるために、静脈（動脈）認証のための画像加工処理が非常に複雑なものになってしまうという問題を持っていた。【００１３】
本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであって、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる固体撮像素子などを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができるという効果を奏する。【００１６】
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の構成を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’断面の断面図である。
【図２】上記実施形態１に係る固体撮像素子を含む撮像システムの概要構成を示す模式図である。
【図３】上記固体撮像素子に関し、可視光画素情報の補完方法、および赤外光画素情報の補完方法について説明するための図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれフィルターの配置方法の変形例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における各フィルターの透過波長設定のバリエーションの一例を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子の断面の構造を示す断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフであり、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における各フィルターの透過波長設定のバリエーションの他の一例を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子の断面の構造を示す断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフであり、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子の断面の構造を示す断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフであり、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子における各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子の断面の構造を示す断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフであり、（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る固体撮像素子の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る固体撮像素子の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）は、無機フィルターを構成する各層の膜厚を示す図であり、（ｂ）は、無機フィルターの多層膜の透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】実際に作成した無機多層フィルターの電子顕微鏡写真を示す。
【図１４】従来例１に係る固体撮像素子の構成を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’断面の断面図である。
【図１５】従来例２に係る固体撮像素子の構成を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ’断面の断面図である。
【図１６】従来の固体撮像システムの一構成例の動作を示す模式図である。
【図１７】従来の固体撮像システムの別の構成例の動作を示す模式図である。
【図１８】従来の固体撮像システムのさらに別の構成例の動作を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施形態１に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子の構成を説明するための図であり、（ａ）は、上記固体撮像素子を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’断面の断面図である。
【図２０】本発明の実施形態５に係る固体撮像素子の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。
【図２１】本発明の実施形態６に係る固体撮像素子の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。
【図２２】２層のフィルターを用いて所望の透過光波長を得る模式図である。
【図２３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、固体撮像システムで可視光データを出力するための動作を示す比較図である。
【図２４】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、固体撮像システムで赤外光データを出力するための動作を示す比較図である。
【図２５】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、固体撮像システムで可視光データを出力するための動作を示す比較図である。
【図２６】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、固体撮像システムで赤外光データを出力するための動作を示す比較図である。
【図２７】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、本発明の固体撮像システムで可視光データと赤外光データを出力するための動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について図１〜図１３に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００の構成を説明するための図である。図１の（ａ）は、固体撮像素子１００を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図である。また、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＡ−Ａ’断面の断面図である。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００を含む撮像システムの概要構成を示す模式図である。同図に示すように、本実施形態の撮像システムは、固体撮像素子１００、近赤外光光源１０１、および可視光光源１０２を含む。また、本実施形態の撮像システムは、近赤外光光源１０１から近赤外光を、可視光光源１０２から可視光を、撮像対象（例えば、手）に対して同時に照射することによって、可視光画像と近赤外光画像とを同時に出力することが可能になっている。
【００２１】
固体撮像素子１００は、インターレース読み出しでは無く、図２７の（ａ）〜（ｅ）に示すように全画素読み出し可能な撮像素子〔ＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide semiconductor）型撮像素子やＣＣＤ（Charge-coupled device）の場合には全画素読み出しタイプのＣＣＤ〕としての機能を有している。図２７の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、１３０万画素全読み出しＣＣＤ撮像素子（有効画素数：水平１２８０画素×垂直９６０画素）にて、可視光と近赤外光との両方を照射して撮影する際の動作を示している。これにより図２３の（ａ）〜（ｅ）および図２４の（ａ）〜（ｅ）に示す比較図、ならびに、図２５の（ａ）〜（ｅ）および図２６の（ａ）〜（ｅ）に示す比較図よりも、後述するように、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単かつより高速に行うことができる。また、固体撮像素子１００は、主として生体認証用として用いられ、高速で高精度であって簡便に生体認証用撮影システムを構築できるものとなっている。
【００２２】
次に、図１の（ｂ）に示すように、固体撮像素子１００は、シリコン基板（半導体基板）１、フォトダイオード不純物層（光電変換領域）２、電荷転送部不純物層３、ゲート電極４、遮光膜５、シリコン絶縁膜６、平坦化膜７、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）８、近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９、および集光用マイクロレンズ１０を備える。なお、ゲート電極４、遮光膜５、シリコン絶縁膜６、平坦化膜７および集光用マイクロレンズ１０の各構成については、本発明の本質とはあまり関係がないので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
（シリコン基板１）
シリコン基板１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
【００２４】
（フォトダイオード不純物層２、電荷転送部不純物層３）
シリコン基板１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層２、および、生成された電荷が転送される領域である複数の電荷転送部不純物層３が形成されている。
【００２５】
（可視光透過・近赤外カットフィルター８、近赤外透過・可視光カットフィルター９）
本実施形態の固体撮像素子１００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター８、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター９のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている（全画素数は、約１３０万画素）。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター９に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター８に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
【００２６】
より具体的には、図１の（ａ）に示すように、可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９のそれぞれは、フォトダイオード不純物層２上で集光用マイクロレンズ１０との間の部分において、互い違いに（例えば、市松模様状）に配置されている。これにより、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
【００２７】
本実施形態においては、可視光透過・近赤外カットフィルター８をＩＲ（赤外）カットフィルター（例えば波長７００ｎｍ以上の光をカット）、近赤外透過・可視光カットフィルター９を可視光カットフィルター（例えば７００ｎｍより短い波長の光をカット）とした例について記載している。
【００２８】
（画像処理加工について）
図３は、本発明を、全画素読み出しタイプの総画素数１３０万画素ＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の出力信号の処理例を示す。上述した形態においては可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９を互い違い（例えば、市松模様状）に配置したものであるので、ＣＣＤの出力は出力回路部に近い画素から可視光画素情報と近赤外光情報とが交互に出力されることになる。可視光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、近赤外光画素であった情報については、その上下左右４画素の可視光画素情報から計算して可視光画素情報として補完する。ここで、「可視光画素情報」とは、可視光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「近赤外光画素であった情報」とは、近赤外光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の可視光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。近赤外光画像の場合、総画素数１３０万画素に対して、可視光画素であった情報については、その上下左右４画素の近赤外光画素の情報から計算して近赤外光画素情報として補完する。以上のような処理を行うことで、比較的簡単な画素の情報処理で、可視光１３０万画素、近赤外光１３０万画素の画像を得ることができる。ここで、「近赤外光画素情報」とは、近赤外光画素で光電変換された電圧情報のことであり、「可視光画素であった情報」とは、可視光画素が配置されている画素の情報のことで、上下左右の近赤外光画像情報を用いて補完される画素情報のことである。
【００２９】
より具体的な処理としては、近赤外光画素に隣接する複数の可視光画素から取得される画素情報を用いて、近赤外光画素の画素情報を補完することで可視光に係る全画素情報を得るようにする。例えば、図３に示す例では、近赤外光画素の上下左右に隣接する可視光画像の平均値を用いて上記近赤外光画素の画素情報を補完している。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
【００３０】
また、同様に、可視光画素に隣接する複数の近赤外光画素から取得される画素情報を用いて、可視光画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得るようにする。例えば、図３に示す例では、可視光画素の上下左右に隣接する近赤外光画像の平均値を用いて可視光画素の画素情報を補完している。これにより、近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
【００３１】
（フィルター配列の変形例）
次に、図４の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の各フィルターの配置方法の変形例を示す図である。可視光用画素および近赤外光用画素のそれぞれの数は総画素数の半分ずつを配置すればその配置に特に制限はないため、これらの図に示すような配置方法を採用しても良い。 
【００３２】
（市松模様状の配列のメリット）
但し、上述した可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９の市松模様状の配列には、以下のメリットがある。
【００３３】
（１）可視光画像と近赤外光画像とは真に光電変換で得られる画素数は総画素数（例えば、１３０万画素）の半分の画素数になる。可視光画像および近赤外光画像のそれぞれで１３０万画素の画像を得るには、可視光画像の場合は近赤外光画素部分の情報を補う必要がある。よって、補完したい画素（この場合近赤外光画素）の上下左右の可視光画素の情報から計算で算出することになる。このようなことから、図４の（ａ）および（ｂ）に示すようなフィルター配列の場合、全ての画素情報を同じ計算で処理することができなくなり、画像構築処理がより複雑になってしまう。なお、市松模様状の配列でも画素エリア最外周の画素情報構築は異なる計算となる。
【００３４】
（２）製造プロセス的な面として、本実施形態の固体撮像素子１００の場合、特に製造されるフィルターがかなり厚いものになる可能性が高く、特に近赤外画素ではフィルターが厚く、可視光画素ではフィルターが薄い、というようなフィルターを形成する際に、素子にかなりの凹凸ができてしまう可能性がある。素子構造のばらつき（凹凸）は後のプロセスでのムラの原因となり、撮影時にその撮影画像にもムラとなってあらわれてしまうことがあることから素子構造の凹凸バラツキはできるだけ抑えることが好ましい。図４の（ａ）および（ｂ）に示すようなフィルター配列の場合、画素エリア全体から見ると、近赤外画素の多い所、少ない所、可視光画素の多い所、少ない所ができてしまうことから、構造ムラ発生の原因となる可能性がある。本実施形態の固体撮像素子１００のように、可視光透過・近赤外カットフィルター８および近赤外透過・可視光カットフィルター９を市松模様状に配列することで、画素エリア全体から見てもどの場所でも同じ配列となるため、下地の凹凸を最小限に抑えることができる。
【００３５】
（３）可視光画素数と近赤外光画素数とは、それぞれ総画素数の半分で同数であればよいので縦１列全て可視光画素と縦１列全て近赤外画素とを交互に配置しても良い。但し、このような配列で、例えば可視光画像を構築する場合、近赤外光画素であった縦１列には、真に可視光を光電変換した情報が全く無く、全て計算から得られた情報となってしまうために、解像度的に若干不利になる可能性がある。
【００３６】
（各フィルターの透過波長設定のバリエーションについて）
次に、図５〜図８に基づき、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子１００について、各フィルターの透過波長設定のバリエーションについて説明する。各フィルターの透過波長設定については、撮影・認証システムとの関係で、図５〜図８に示すように可視光撮影用の色フィルターとして、可視光透過・近赤外カットフィルターや、透明フィルター（全波長の光を透過）を、赤外光撮影用の色フィルターとして、近赤外透過・可視光カットフィルターやバンドパスフィルター（特定の波長の光のみを透過）を、撮影システムや認証システム、あるいは重視したい撮影対象物などにより選択して組み合わせて構成してもよい。
【００３７】
図５は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションの一例を含む固体撮像素子２００ａの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ａでは、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）６８および近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）６９の組合せを用いている。図５の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図５の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【００３８】
図６は、各フィルターの透過波長設定の他のバリエーションの他の一例を含む固体撮像素子２００ｂの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｂでは、透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）６７および近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）６９の組合せを用いている。図６の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図６の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【００３９】
可視光用画素のフォトダイオード不純物層２（シリコン基板１中への不純部注入で形成）は、可視光だけでなく近赤外波長領域にも感度を持つ。通常の固体撮像素子の場合はその撮像光学系に、近赤外以上の波長（８００ｎｍ以上程度）をカットするＩＲカットフィルター（近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成）を設けるので特に問題にはならないが、静脈撮影に用いる場合は近赤外波長以上の光も素子へ入れる必要がでてくる。
【００４０】
全波長の光を透過する透明フィルター６７の場合、その可視光用画素では、可視光＋近赤外光で光電変換された電荷がフォトダイオード不純物層２に溜まる。静脈認証に本実施形態の素子を用いる場合、その静脈撮影画像（近赤外画素の情報で構築された画像で、近赤外以上の波長の光で光電変換された情報のみで構築）から、可視光画像（可視光画素の情報で構築された画像で、可視光波長と近赤外波長以上の光で光電変換された情報で構築）を差し引くような処理を行って静脈を際立たせるような処理を行う場合がある。この場合差し引く可視光画像情報にも近赤外波長で光電変換された情報が含まれてしまうので、より静脈画像を際立たせるには、可視光画像情報には近赤外波長以上で光電変換された情報は含まないようにする方が好ましい。どの程度の認証精度を求めるかなどによっては、可視光画素は特に全波長透過でも良い場合などは、透明フィルター６７を用いる方が、形成が簡単で低コストになる。
【００４１】
図７は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を含む固体撮像素子２００ｃの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｃでは、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）６８およびバンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）７０（特定波長透過）の組合せを用いている。図７の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図７の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【００４２】
図８は、各フィルターの透過波長設定のバリエーションのさらに他の一例を含む固体撮像素子２００ｄの構成を説明するための図である。固体撮像素子２００ｄでは、透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）６７およびバンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）７０（特定波長透過）の組合せを用いている。図８の（ｂ）および（ｃ）は、それぞれフィルターの光学特性を示すグラフである。また、図８の（ｄ）および（ｅ）は、それぞれ画素の光学特性を示すグラフである。
【００４３】
上述した形態では固体撮像素子を静脈撮影に用いる場合について記載したが、上述したバンドパスフィルター７０のように特定の波長で撮影された画像を使用する場合については、各種の提案がされている状況にある（例えば、植物・果物の育成状況や、食品の腐敗検査、人間の肌におけるシミ検出等）。そのような用途を考えた場合、その検出波長はよりピーキー（より限定的な波長のみで撮影）するような必要性がでてくる可能性がある。静脈認証においても、より限定的な波長で撮影した方が、認証精度が高まる可能性もある。フィルター特性を限定的な波長にする場合、単層のフィルター形成のみで目的の分光特性を得ることは困難で、図２２に示すように有機系フィルターや無機系フィルターを２層設けたハイブリッドフィルター構造にする必要となってくるからである。なお、これまでＣＣＤについて説明してきたが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子についても同様の構成とすることができる。
【００４４】
図１９は、本発明の実施形態１に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子６００の構成を説明するための図である。図１９の（ａ）は、固体撮像素子６００を光の入射側から見たときのフィルター配列の様子を示す図である。また、図１９の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＢ−Ｂ’断面の断面図である。図１９の（ｂ）に示すように、固体撮像素子６００は、シリコン基板（半導体基板）１０１、フォトダイオード不純物層（光電変換領域）１０２、高濃度不純物層１０３、ゲート電極１０４、メタル配線１０５、可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）１０６、近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１０７、および集光用マイクロレンズ１０８を備える。なお、ゲート電極１０４、メタル配線１０５、および集光用マイクロレンズ１０８の構成については、本発明の本質とはあまり関係がないので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
（シリコン基板１０１）
シリコン基板１０１は、シリコンを基材とする一導電性を有する半導体基板である。ここで、一導電性とはｐ型の導電性またはｎ型の導電性のいずれか一方である。
【００４６】
（フォトダイオード不純物層１０２、高濃度不純物層１０３）
シリコン基板１０１の内部には、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数のフォトダイオード不純物層１０２、および生成された電荷が転送される領域である複数の高濃度不純物層１０３が形成されている。
【００４７】
（可視光透過・近赤外カットフィルター１０６、近赤外透過・可視光カットフィルター１０７）
本実施形態の固体撮像素子６００では、複数の可視光透過・近赤外カットフィルター１０６、および、それと同数の近赤外透過・可視光カットフィルター１０７のそれぞれが、複数のフォトダイオード不純物層１０２のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外透過・可視光カットフィルター１０８に対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光透過・近赤外カットフィルター１０６に対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画像の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
【００４８】
より具体的には、図１９の（ａ）に示すように、可視光透過・近赤外カットフィルター１０６および近赤外透過・可視光カットフィルター１０７のそれぞれは、フォトダイオード不純物層１０２上で、集光用マイクロレンズ１０８との間の部分において、互い違いに（例えば、市松模様状）に配置されている。これにより、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
【００４９】
〔実施形態２：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その１〕
次に、図９は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子３００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図は、アクリル等の有機系材料中に特定の波長の光を吸収する特性をもった顔料または染料と、パターニングのための感光材料をまぜた有機系材料のみで形成する場合（後述する透明フィルターの場合にはアクリル系材料と感光材料のみ）を示している。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９の両方を有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）とした例を示している。
【００５０】
なお、有機系フィルターの場合、上述したように、有機材料中に特定の波長を吸収する顔料または染料材料と、パターン形成の為の感光材料を入れたものが一般的で、素子（ウェハー）上への回転塗布・パターン形成（パターン露光）・現像の工程で形成できることから、フィルター形成は比較的簡単な工程で行うことができる反面、先に形成した下地凹凸が大きい場合には、回転塗布でのムラが発生し易いというデメリットがある。
【００５１】
〔実施形態３：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その２〕
次に、図１０は、本発明の実施形態３に係る固体撮像素子４００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。同図に示す例のように、屈折率の異なる材料の薄膜積層構造により特定の波長を反射する特性を持つ無機系材料のみで形成する場合もある。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０よび近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１両方を無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）とした例を示している。但し、無機フィルターの場合は、通常の半導体製造前半プロセス中で形成可能ではあるが、１０層程度の薄膜の積層構造であるために、その成膜・エッチング処理が困難であり、その製造後の素子凹凸も非常に大きくなるというデメリットがある。
【００５２】
図１２の（ａ）および（ｂ）に、この無機系フィルターを、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層で形成する場合の、積層数と各層の膜厚、その積層構造での、波長毎の光の透過率特性の一例を示す。このように積層膜の屈折率と積層数・膜厚を選択することで、所望の波長の光のみを透過する無機系フィルターを形成することができる。実際にこのような無機系フィルターを形成した電子顕微鏡写真を図１３に示す（なお、同図では、図１２の（ａ）および（ｂ）のシミュレーション結果とは異なる構造膜の例を示す）。
【００５３】
〔実施形態４：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その３〕
次に、図１１は、本発明の実施形態４に係る固体撮像素子５００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜と無機系フィルターの膜を両方用いたハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）８８および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）８９を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）構成している。また、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）９０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）９１をそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜と、の両方の膜で構成）で構成している。
【００５４】
〔実施形態５：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その４〕
次に、図２０は、本発明の実施形態５に係る固体撮像素子７００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した有機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１１を、それぞれ有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。また、更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１１２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１１３についてもそれぞれ、有機系フィルター（有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成）で構成している。
【００５５】
〔実施形態６：各色フィルターの形成方法（または材質・構造）その５〕
次に、図２１は、本発明の実施形態６に係る固体撮像素子８００の形成方法（または材質・構造）を説明するための断面図である。上述した無機系フィルターの膜を２層以上積層したハイブリッド構造を用いることで更に透過波長の選択幅を広げることもできる。同図に示す例では、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２０および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２１を、それぞれ無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。また更に、可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）１２２および近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）１２３についてもそれぞれ、無機系フィルター（無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成）で構成している。
【００５６】
なお、現実的には形成が簡単な有機系フィルターの１層構造でまず目的の分光が得られるかを検討し、更に分光を絞り込む必要がある場合には、無機系フィルターの１層から、有機系フィルターおよび無機系フィルターのハイブリッド構造へと構造を複雑にしていくことが好ましい（なお、上述した回転塗布時のムラの問題については、ある程度の改善が可能である）。
【００５７】
上述した固体撮像素子１００、２００ａ〜ｄ、および３００〜５００のいずれかを含む撮像システムを実現することで、簡単（小型）かつ低コストな撮像システムで、高速・高精度な静脈（動脈）認証・掌紋認証システムを構築することができる。加えて、２つの生体情報から個人を認証することでセキュリティ性が向上する。特に静脈情報は目に見えない情報であるので、偽造が困難であり、さらにセキュリティ性を高めることが可能になる。
【００５８】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている構成である。
【００５９】
上記構成によれば、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列されている。このため、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられた画素（以下、「近赤外光画素」という）の情報を、その近傍に分散されて配置されている可視光撮影用の色フィルターに対応付けられた画素（以下、「可視光画素」という）の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その近傍に分散されて配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。以上により、画像加工処理を簡単にし、可視光画像および近赤外光画像の両方の同時取得を可能とすることができる。
【００６０】
また、本発明の態様２に係る固体撮像素子は、上記態様１において、上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることが好ましい。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の近赤外光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている可視光画素の情報を用いて補完することが可能になる。また、近赤外光画像の全画素の情報を取得する際は、特定の可視光画素の情報を、その画素の上下左右に配置されている赤外光画素の情報を用いて補完することが可能になる。よって、可視光撮影用の色フィルターと、近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていない構成と比較して、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単化することができる。
【００６１】
また、本発明の態様３に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、製造が容易で低コスト化を実現することができる。
【００６２】
また、本発明の態様４に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成されていても良い。上記構成によれば、可視光画像情報に近赤外波長以上で光電変換された情報が含まれないようにすることができるため、例えば、静脈画像撮影を行う際に、より静脈画像を際立たせることが可能になる。
【００６３】
また、本発明の態様５に係る固体撮像素子は、上記態様１〜４のいずれかにおいて、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていても良い。上記構成によれば、赤外光画像情報に近赤外波長よりも短いで光電変換された情報が含まれないようにすることができるため、例えば、静脈画像撮影を行う際に、より静脈画像を際立たせることが可能になる。
【００６４】
また、本発明の態様６に係る固体撮像素子は、上記態様１〜４のいずれかにおいて、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、透過させる光の波長を適切に設定することで、例えば、植物・果物の育成状況や、食品の腐敗検査、人間の肌におけるシミ検出などに好適な固体撮像素子を実現することができる。
【００６５】
また、本発明の態様７に係る固体撮像素子は、上記態様１〜６のいずれかにおいて、上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、可視光画像または近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより簡単かつより高速に行うことができる。
【００６６】
また、本発明の態様８に係る固体撮像素子は、上記態様２において、上記固体撮像素子は、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、可視光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
【００６７】
また、本発明の態様９に係る固体撮像素子は、上記態様２において、上記固体撮像素子は、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能な素子であっても良い。上記構成によれば、近赤外光画像の全画素の情報を得るための画像加工処理をより高精度に行うことができる。
【００６８】
また、本発明の態様１０に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていても良い。上記構成によれば、素子（ウェハー）上への回転塗布、パターン形成（パターン露光）および現像の各工程で形成できることから、フィルター形成を比較的簡単な工程で行うことができる。
【００６９】
また、本発明の態様１１に係る固体撮像素子は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていても良い。上記構成によれば、通常の半導体製造前半プロセス中でフィルター形成が可能になる。
【００７０】
また、本発明の態様１２に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
【００７１】
また、本発明の態様１３に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜２層以上の積層構造により構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
【００７２】
また、本発明の態様１４に係る固体撮像素子の製造方法は、上記態様１または２において、上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜２層以上の積層構造により構成されていても良い。上記構成によれば、所望の分光特性を得ることができるフィルター形成が可能になる。
【００７３】
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、一導電型の半導体基板上に設けられた複数の光電変換領域と、光電変換された電荷を外部へ電気信号として出力する手段を有する固体撮像素子において、可視光撮影用の色フィルターと近赤外光撮影用の色フィルターが市松模様状（千鳥掛け状）に配置されていても良い。
【００７４】
また、本発明の別の態様に係る固体撮像素子は、上記構成に加えて、上記固体撮像素子は、インターレースによる読み出しでは無く、全画素の読み出しが可能であっても良い。また、本発明のさらに別の態様に係る固体撮像素子は、上記構成に加えて、上記固体撮像素子は、隣接する上下左右の４画素から可視光画素情報及び近赤外光画素情報から計算して可視光画素情報及び近赤外光画素情報として補完して全画素情報を得ることができるようになっていても良い。
【００７５】
〔付記情報〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１    シリコン基板（半導体基板）
２    フォトダイオード不純物層（光電変換領域）
８    可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９    近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
６７    透明フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６８    可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
６９    近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
７０    バンドパスフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
８８    可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
８９    近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
９０    可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
９１    近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１００    固体撮像素子
１０６  可視光透過・近赤外カットフィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１０７  近赤外透過・可視光カットフィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１０  可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１１  近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１１２  可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１１３  近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２０  可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２１  近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
１２２  可視光用フィルター（可視光撮影用の色フィルター）
１２３  近赤外光用フィルター（近赤外光撮影用の色フィルター）
２００ａ〜２００ｄ  固体撮像素子
３００〜８００  固体撮像素子
【図１】
2016080003.tif 000003
【図２】
2016080003.tif 000004
【図３】
2016080003.tif 000005
【図４】
2016080003.tif 000006
【図５】
2016080003.tif 000007
【図６】
2016080003.tif 000008
【図７】
2016080003.tif 000009
【図８】
2016080003.tif 000010
【図９】
2016080003.tif 000011
【図１０】
2016080003.tif 000012
【図１１】
2016080003.tif 000013
【図１２】
2016080003.tif 000014
【図１３】
2016080003.tif 000015
【図１４】
2016080003.tif 000016
【図１５】
2016080003.tif 000017
【図１６】
2016080003.tif 000018
【図１７】
2016080003.tif 000019
【図１８】
2016080003.tif 000020
【図１９】
2016080003.tif 000021
【図２０】
2016080003.tif 000022
【図２１】
2016080003.tif 000023
【図２２】
2016080003.tif 000024
【図２３】
2016080003.tif 000025
【図２４】
2016080003.tif 000026
【図２５】
2016080003.tif 000027
【図２６】
2016080003.tif 000028
【図２７】
2016080003.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月7日(2015.10.7)
【手続補正１】
【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】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される可視光画像、および上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される近赤外光画像、の両方を同時取得することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能であり、
上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月30日(2017.3.30)
【手続補正１】
【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】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される可視光画像、および上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される近赤外光画像、の両方を同時取得することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、
複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
上記可視光撮影用の色フィルターと、上記近赤外光撮影用の色フィルターと、が互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
上記可視光撮影用の色フィルターは、全波長の光を透過する膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、
上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
上記固体撮像素子は、全画素の同時読み出しが可能な素子であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで可視光に係る全画素情報を得ることが可能であり、
上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素に隣接する上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている複数の画素から取得される画素情報を用いて、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素の画素情報を、補完することで近赤外光に係る全画素情報を得ることが可能であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
上記可視光撮影用の色フィルターおよび上記近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、有機系膜に少なくとも特定の波長の光を吸収する材料を混入した膜と、無機系膜の積層構造により特定の波長の光を反射する膜とを、片方のみ、または両方の膜を用いて組合せた２層以上の膜で構成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、上記可視光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される可視光画像、および上記近赤外光撮影用の色フィルターに対応付けられている画素から取得される近赤外光画像、の両方を同時取得することを特徴としている。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長よりも短い波長の光を透過しない膜で構成されていることを特徴としている。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、近赤外光および可視光を撮像対象に対して同時に照射することにより受光した光を光電変換することで電荷を生成する領域である複数の光電変換領域が単一の半導体基板に設けられた固体撮像素子であって、複数の可視光撮影用の色フィルター、および、それと同数の近赤外光撮影用の色フィルターのそれぞれが、上記半導体基板に設けられた複数の上記光電変換領域のそれぞれと対応付けられて２次元的に分散して配列され、上記可視光撮影用の色フィルターは、近赤外波長以上の光を透過しない膜で構成され、上記近赤外光撮影用の色フィルターは、近赤外波長の中の特定の波長の光のみを透過する膜で構成されていることを特徴としている。
【国際調査報告】
2016080003.tif 000030
2016080003.tif 000031
2016080003.tif 000032
2016080003.tif 000033