(57)【要約】【課題】  偽信号や偽色の発生を抑制した高画質，高感度，高解像度の画像を撮像することができる小型，低コストの２板式カラー固体撮像装置を提供する。【解決手段】  入射光のうち緑色Ｇの入射光を赤色Ｒ及び青色Ｂの入射光から分離する色分解プリズム３５と、色分解プリズムで分離された赤色及び青色の入射光うち赤色の入射光を透過し青色の入射光を遮断するカラーフィルタを搭載した赤色検出用の複数の受光部と赤色の入射光を遮断し青色の入射光を透過するカラーフィルタを搭載した青色検出用の複数の受光部とが表面部にモザイク状に配列形成された第１固体撮像素子３６と、色分解プリズム３５で分離された緑色の入射光を受光する緑色検出用の複数の受光部が第１固体撮像素子３６の赤色検出用及び青色検出用の各受光部の配列と同一配列で表面部に形成された第２固体撮像素子３７とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光のうち緑色の入射光を赤色及び青色の入射光から分離する色分解プリズムと、該色分解プリズムで分離された前記赤色及び青色の入射光うち前記赤色の入射光を透過し前記青色の入射光を遮断するカラーフィルタを搭載した赤色検出用の複数の受光部と前記赤色の入射光を遮断し前記青色の入射光を透過するカラーフィルタを搭載した青色検出用の複数の受光部とが表面部にモザイク状に配列形成された第１固体撮像素子と、前記色分解プリズムで分離された前記緑色の入射光を受光する緑色検出用の複数の受光部が前記第１固体撮像素子の前記赤色検出用及び青色検出用の各受光部の配列と同一配列で表面部に形成された第２固体撮像素子とを備えることを特徴とする２板式カラー固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子の前記受光部の形状が、いずれも矩形形状または菱形形状であることを特徴とする請求項１に記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子の前記受光部がいずれも正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項４】
被写体像に対する前記第１固体撮像素子の各受光部の各中心位置と前記第２固体撮像素子の各受光部の各中心位置とが一致するように前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項５】
被写体像に対する前記第１固体撮像素子の各受光部の配置位置に対して前記第２固体撮像素子の各受光部の配置位置が１／２ピッチずれるように前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１固体撮像素子の各受光部上に設けられるマイクロレンズがギャップレスマイクロレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項７】
前記色分解プリズムは、前記赤色及び青色の入射光を反射して前記第１固体撮像素子に入射させるプリズム部材と、前記緑色の入射光を反射して前記第２固体撮像素子に入射させるプリズム部材とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子がいずれもＣＣＤ型またはＭＯＳ型のイメージセンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項９】
前記赤色検出用の受光部に搭載されるカラーフィルタが赤色カラーフィルタまたはイエローフィルタであり、前記青色検出用の受光部に搭載されるカラーフィルタが青色フィルタまたはシアンフィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置を搭載したことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２板式カラー固体撮像装置及びデジタルカメラに係り、特に、小型で低コストの２板式カラー固体撮像装置及びデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を用いたカラー固体撮像装置として、従来から、３板式のものと、２板式のものと、単板式のものが知られている。
【０００３】
３板式のカラー固体撮像装置は、例えば下記特許文献１に記載されている様に、半導体基板表面に多数の光電変換素子がアレイ状に形成された固体撮像素子を３個用い、被写体の光学像のうち赤色の光学像を第１の固体撮像素子で受光し、緑色の光学像を第２の固体撮像素子で受光し、青色の光学像を第３の固体撮像素子で受光する構成になっている。そのため、被写体からの入射光を赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色の光学像に分離する色分解プリズムが用いられる。
【０００４】
図２１は、色分解プリズムの一例を示す構成図である。図示する色分解プリズム１は、第１プリズム部材１ａ，第２プリズム部材１ｂ，第３プリズム部材１ｃと、部材１ａ，１ｂ間に設けられた青色反射用ダイクロイック膜２と、部材１ｂ，１ｃ間に設けられた赤色反射用ダイクロイック膜３とからなる。
【０００５】
そして、第１プリズム部材１ａに入射したＲ，Ｇ，Ｂの各色の光学像のうち青色（Ｂ）の光学像がダイクロイック膜２で反射して第３の固体撮像素子４で受光され、ダイクロイック膜２を透過した赤色（Ｒ），緑色（Ｇ）の各色光学像のうち赤色（Ｒ）の光学像がダイクロイック膜３で反射して第１の固体撮像素子５で受光され、ダイクロイック膜３を透過して第３プリズム部材１ｃ中を直進した緑色（Ｇ）の光学像が第２の固体撮像素子４で受光される。
【０００６】
この３板式の固体撮像装置は、色分解性能が高く入射光を無駄にしないため、撮像画像の色再現性が優れ、感度が高いという利点を有する。しかし、３個の固体撮像素子４，５，６と複雑な色分解プリズム１が必要であり、しかも、プリズム１の前段に配置される図示しない集光レンズで結像したＲ，Ｇ，Ｂの各色光線の各固体撮像素子４，５，６に達する光路長を等しくする必要のため第３プリズム部材１ｃを省略できず、コストが嵩むと共に装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
２板式のカラー固体撮像装置は、例えば下記特許文献２，３に記載されているように、２つの固体撮像素子と、図２１に示すプリズム１よりは簡単な構造の色分解プリズムを用いて構成される。図２２は２板式カラー固体撮像装置に用いられるプリズムの一例を示す構成図である。この色分解プリズム７は、第１プリズム部材７ａ，第２プリズム部材７ｂと、両者間に設けられた緑色（Ｇ）反射用ダイクロイック膜８とからなり、第１プリズム部材７ａに入射したＲ，Ｇ，Ｂの各色光学像のうち緑色（Ｇ）の光学像がダイクロイック膜８で反射して第１の固体撮像素子９で受光され、ダイクロイック膜８を透過した赤色（Ｒ），青色（Ｂ）の各光学像が、第２の固体撮像素子１０で受光される。
【０００８】
第２の固体撮像素子１０は、赤色（Ｒ）の光学像と青色（Ｂ）の光学像とを別々に受光するために、素子１０の前面にカラーフィルタ１１が設けられる。このカラーフィル１１には、赤色（Ｒ）カラーフィルタと青色（Ｂ）カラーフィルタが交互にストライプ状に設けられ、赤色カラーフィルタの背面側に配置された光電変換素子が赤色の受光量を検出し、青色カラーフィルタの背面側に配置された光電変換素子が青色の受光量を検出する様になっている。
【０００９】
この２板式のカラー固体撮像装置は、３板式のカラー固体撮像装置に比べて固体撮像素子数が２個で済み、プリズム７を安価に構成できるため、コスト低減を図ることが可能となる。しかし、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の各色入射光線は直進して固体撮像素子１０に受光される構成のため、装置の小型化のためには第２プリズム部材７ｂの厚さを更に低減する必要がある。
【００１０】
単板式のカラー固体撮像装置は、色分解プリズムを用いずにＲ，Ｇ，Ｂの各色光学像を１個の固体撮像素子で受光する構成となっている。このため、固体撮像素子の前面に、赤色（Ｒ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタと青色（Ｂ）カラーフィルタが所定規則に従ってモザイク状に配列されたカラーフィルタを形成し、半導体基板表面に形成された多数の光電変換素子の各々が、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの一色の光学像を受光する構成になっている。このカラーフィルタの一例を図２３に示す。このカラーフィルタの配列はベイヤー配列といわれ、下記特許文献４に記載されている。
【００１１】
単板式のカラー固体撮像装置は、固体撮像素子が１個で済み、色分解プリズムが不要なため、コストが安く、装置が小型にできるという利点がある。しかし、赤色（Ｒ）カラーフィルタに入射した緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光は光電変換されることはなく、緑色（Ｇ）カラーフィルタに入射した赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の光も光電変換されることがなく、同様に、青色（Ｂ）カラーフィルタに入射した赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）の光も光電変換されることがない。従って、入射光のうちの略１／３しか光電変換されず、感度が悪いという問題がある。
【００１２】
上述したように、３板式，２板式，単板式のカラー固体撮像装置には、夫々利点と欠点が存在するため、デジタルカメラに搭載するカラー固体撮像装置をいずれの方式のものにするかは、製造コストと性能及びデジタルカメラの大きさによって決めることになる。デジタルスチルカメラの様な小型のデジタルカメラでは、固体撮像装置部分を小型にできる単板式のものが多く採用される。
【００１３】
しかし、近年の様に画素の微細化が進展した単板式のカラー固体撮像素子は、微細化の製造技術が限界にまで達してきているため、製造歩留まりが低下し、カラー固体撮像素子の製造コストが嵩んでしまうという問題が発生している。それは、次の理由による。
【００１４】
単板式カラー固体撮像素子の半導体基板表面に形成された受光部の上部には、カラーフィルタや平坦化膜、マイクロレンズ等を積層する必要があり、受光部とマイクロレンズ（トップレンズ）との間の距離（各画素の高さ）を短くすることができない。その一方で、多画素化が進展した固体撮像素子では、各画素の開口部の寸法が入射光の波長オーダにまで小さくなってきており、このため、各画素におけるトップレンズから光電変換素子までの入射光路は細長い通路となっている。しかも、固体撮像素子の中央部に対して周辺部における入射光の入射角は斜めになるため、周辺部における光量不足すなわち色シェーディングを回避するために、周辺部の画素においては、入射角に合わせて各入射光路が斜めとなるように、カラーフィルタ，平坦化膜，マイクロレンズ等を積層しなくてはならない。
【００１５】
【特許文献１】特開平５―２４４６１３号公報
【特許文献２】特開平５―２４４６１０号公報
【特許文献３】特開平３―２７４５２３号公報
【特許文献４】米国特許第３９７１０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
小型のデジタルカメラに搭載するカラー固体撮像素子は、これを単板式で実現するには技術的，コスト的に限界にきている。しかし、カラー固体撮像装置を３板式で実現すると、高価で複雑な色分解プリズムが必要なため、装置が大型化し製造コストも嵩んでしまうという問題がある。
【００１７】
そこで、２板式のカラー固体撮像装置により、忠実な色再現が可能でしかも小型，低コストのデジタルカメラを構成するのが一番現実的となる。しかし、この場合、固体撮像素子に積層するカラーフィルタの配置と色分解プリズムとの組み合わせを最適なものにする必要がある。特に、静止画像を撮像する２板式カラー固体撮像装置にあっては、忠実な色再現性と偽色の抑制を図るためにカラーフィルタの配置に工夫が必要となり、従来技術の様なストライプ状のカラーフィルタの配置では不十分である。
【００１８】
本発明の目的は、偽信号や偽色の発生を抑制した高画質，高感度，高解像度の画像を撮像することができ、また、忠実な色再現が可能となる小型，低コストの２板式カラー固体撮像装置及びこれを搭載したデジタルカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、入射光のうち緑色の入射光を赤色及び青色の入射光から分離する色分解プリズムと、該色分解プリズムで分離された前記赤色及び青色の入射光うち前記赤色の入射光を透過し前記青色の入射光を遮断するカラーフィルタを搭載した赤色検出用の複数の受光部と前記赤色の入射光を遮断し前記青色の入射光を透過するカラーフィルタを搭載した青色検出用の複数の受光部とが表面部にモザイク状に配列形成された第１固体撮像素子と、前記色分解プリズムで分離された前記緑色の入射光を受光する緑色検出用の複数の受光部が前記第１固体撮像素子の前記赤色検出用及び青色検出用の各受光部の配列と同一配列で表面部に形成された第２固体撮像素子とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、偽信号や偽色の発生を抑制した高画質，高感度，高解像度の画像が撮像可能となり、また、忠実な色再現も可能となる。
【００２１】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子の前記受光部の形状が、いずれも矩形形状または菱形形状であることを特徴とし、また、前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子の前記受光部がいずれも正方格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、被写体像に対する前記第１固体撮像素子の各受光部の各中心位置と前記第２固体撮像素子の各受光部の各中心位置とが一致するように前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００２３】
この構成により、撮像画像の一層の高感度化を図ることが可能になる。
【００２４】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、被写体像に対する前記第１固体撮像素子の各受光部の配置位置に対して前記第２固体撮像素子の各受光部の配置位置が１／２ピッチずれるように前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子を配置したことを特徴とする。
【００２５】
この構成により、撮像画像の一層の高解像度化を図ることが可能となる。
【００２６】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、前記第１固体撮像素子の各受光部上に設けられるマイクロレンズがギャップレスマイクロレンズであることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、隣接画素（受光部）間の不感度領域が無くなり、偽信号や偽色を更に低減することが可能となる。
【００２８】
本発明の２板式カラー固体撮像装置の前記色分解プリズムは、前記赤色及び青色の入射光を反射して前記第１固体撮像素子に入射させるプリズム部材と、前記緑色の入射光を反射して前記第２固体撮像素子に入射させるプリズム部材とを備えることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、色分解プリズムの小型化，薄型化を図ることが可能となる。
【００３０】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、前記第１固体撮像素子及び前記第２固体撮像素子がいずれもＣＣＤ型またはＭＯＳ型のイメージセンサであることを特徴とする。
【００３１】
ＣＣＤ型，ＭＯＳ型のいずれの固体撮像素子も使用可能である。
【００３２】
本発明の２板式カラー固体撮像装置は、前記赤色検出用の受光部に搭載されるカラーフィルタが赤色カラーフィルタまたはイエローフィルタであり、前記青色検出用の受光部に搭載されるカラーフィルタが青色フィルタまたはシアンフィルタであることを特徴とする。
【００３３】
カラーフィルタは原色系カラーフィルタの他に補色系カラーフィルタが使用可能である。
【００３４】
本発明のデジタルカメラは、上記のいずれかに記載の２板式カラー固体撮像装置を搭載することを特徴とする。
【００３５】
この構成により、２板式カラー固体撮像装置を搭載しながら、デジタルカメラの小型化，低コスト化，薄型化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、２板式カラー固体撮像装置を搭載するデジタルカメラであっても低コスト化，小型化，薄型化を図ることができ、しかも、偽信号や偽色の発生を効果的に抑制することができるため、静止画像であってもユーザが満足できる高画質で忠実な色再現が可能な画像を撮像することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ（この例ではデジタルスチルカメラ）のブロック構成図である。このデジタルカメラは、被写体からの入射光を集光するレンズや絞りを搭載した光学系２１と、本実施形態に係る２板式ＣＣＤモジュール２２と、光学系２１とモジュール２２との間に配置された赤外線カットフィルタ２３とを備える。
【００３９】
本実施形態のデジタルカメラはまた、２板式ＣＣＤモジュール２２から出力される赤色（Ｒ）信号，緑色（Ｇ）信号，青色（Ｂ）信号を取り込み相関二重サンプリング処理等を行うＣＤＳ回路２４と、ＣＤＳ回路２４の出力信号を取り込んで利得制御処理等を行うプリプロセス回路２５と、プリプロセス回路２５から出力されるＲ，Ｇ，Ｂのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２６と、Ａ／Ｄ変換回路２６から出力されるＲ，Ｇ，Ｂの画像信号を取り込んでホワイトバランス補正やガンマ補正処理等の信号処理を行ったり撮像画像の信号圧縮や伸張処理を行う信号処理回路２７と、信号処理回路２７に接続された画像メモリ２８と、信号処理回路２７が処理した撮像画像データを図示しない外部メモリに記録したりカメラ背面等に設けられた液晶表示部に表示したりする記録／表示回路２９とを備える。
【００４０】
このデジタルカメラは更に、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御回路３０と、システム制御回路３０からの指示信号により同期信号を発生する同期信号回路３１と、同期信号に基づいてＣＣＤモジュール２２内の各ＣＣＤに駆動信号を出力するＣＣＤ駆動回路３２とを備える。
【００４１】
本実施形態のデジタルカメラでは、システム制御回路３０からの指示信号に基づいて光学系２１のレンズ焦点や絞りが制御され、光学系２１及び赤外線カットフィルタ２３を通してモジュール２２内の２つのＣＣＤに被写体の光学像が結像する。そして、受光した光学像に応じて各ＣＣＤから赤色（Ｒ）信号，緑色（Ｇ）信号，青色（Ｂ）信号が出力され、プリプロセス回路２５が同期信号に応じてＲ，Ｇ，Ｂ信号の利得制御等を行い、システム制御回路３０からの指示に基づいて信号処理回路２７が画像処理等を行うことで、ＣＣＤモジュール２２から出力されたＲ，Ｇ，Ｂ信号に基づいて撮像画像が再生され、ＪＰＥＧ形式等のデータに圧縮された画像データが外部メモリに記録される。
【００４２】
図２は、図１に示す２板式ＣＣＤモジュール２２の構成図である。この２板式ＣＣＤモジュールは、色分解プリズム３５と、第１のＣＣＤ３６及び第２のＣＣＤ３７の２枚のＣＣＤを備える。色分解プリズム３５は、第１プリズム部材３５ａと、第２プリズム部材３５ｂと、両者間に形成された緑色（Ｇ）反射用ダイクロイック膜３８と、第２プリズム部材３５ｂの端面に形成された全反射用のダイクロイック膜３９とを備える。尚、膜３９はダイクロイック膜である必要はなく、入射光を全反射するものであればよい。
【００４３】
第１プリズム部材３５ａは、図２に示す様に、断面が三角形状となっており、入射光がほぼ垂直に入射する光入射面３５ｃと、光入射面３５ｃに対して斜めに配置されダイクロイック膜３８が蒸着形成された界面と、ＣＣＤ３７が対面する第３面とを備える。この第３面には、ＣＣＤ３７が緑色のカラーフィルタを搭載しない関係で、緑色の射出光の波形を調整するトリミングフィルタ４０が形成されている。
【００４４】
第２プリズム部材３５ｂも、断面が三角形状となっており、第１プリズム部材３５ａ（ダイクロイック膜３８）と接する界面と、この界面に対して斜めに配置され全反射膜３９が蒸着形成された反射面と、ＣＣＤ３６が対面する第３面とを備える。
【００４５】
被写体からの入射光は、先ず第１プリズム部材３５ａの光入射面３５ａに垂直に入射し、そのうちの緑色（Ｇ）の入射光がダイクロイック膜３８で反射し、次に光入射面３５ａで全反射して、第２のＣＣＤ３７に結像する。第１プリズム部材３５ａからダイクロイック膜３８を透過して第２プリズム部材３５ｂに入射した赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の入射光は、全反射膜３９で反射し、更に、第１プリズム部材３５ａ界面で全反射されて第１のＣＣＤ３６に結像する。
【００４６】
図２に示す実施形態の色分解プリズム３５は、第１プリズム部材３５ａに入射した緑色（Ｇ）の入射光が２回反射して第２ＣＣＤ３７に結像し、第２プリズム部材３５ｂに赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の入射光が２回反射して第１ＣＣＤ３６に結像する構成としているため、第１ＣＣＤ３６の結像画像に対して第２ＣＣＤ３７の結像画像が鏡映反転した画像になることはない。
【００４７】
また、本実施形態の色分解プリズム３５は、その光入射方向の寸法を、図２２のプリズム部材７ｂを設ける必要がないため短くでき、ＣＣＤモジュールの小型化，軽量化，薄型化を図ることができる。しかし、薄型にする必要のないデジタルカメラに搭載するＣＣＤモジュールであれば、色分解プリズムとして図２２に図示したものを使用することも可能である。
【００４８】
図３は、ＣＣＤ３６の表面模式図である。ＣＣＤ３６は、半導体基板４３の表面部分に、図示の例では、矩形で示す多数の受光部４４（１つ１つの受光部を、以下「画素」ともいう。）が形成されている。各受光部４４は、半導体基板４３の表面に正方格子状となるように配置され、受光部４４の各列の右隣には垂直転送路４５が形成され、半導体基板４３の下辺部分には、各受光部４４から読み出され垂直転送路４５を通して転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）４６が形成されている。
【００４９】
図３の各受光部４４中の「Ｒ」「Ｂ」は、各受光部上に設けたカラーフィルタの色（赤色が「Ｒ」、青色が「Ｂ」）を示している。即ち、本実施形態に係るＣＣＤ３６には、色分解プリズム３５によって分離された赤色（Ｒ）の光と青色（Ｂ）の光とが入射し、受光部４４のうち、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ５７が積層された受光部４４が赤色の入射光量を検出し、青色（Ｂ）のカラーフィルタ５７が積層された受光部４４が青色の入射光量を検出する。
【００５０】
本実施形態では、正方格子状に配列された各画素のうち、水平方向に隣接する各画素に赤色（Ｒ），青色（Ｂ）のカラーフィルタを交互に設け、垂直方向に隣接する各画素にも赤色（Ｒ），青色（Ｂ）のカラーフィルタを交互に設けたことを特徴とする。即ち、赤色フィルタと青色フィルタをモザイク状に配置することを特徴とする。この様にすることで、赤色検出用の画素と青色検出用の画素とがＣＣＤ３６の受光面上で均等に分散配置され、撮像画像の色再現性が向上する。
【００５１】
尚、この例では、以下、全画素読出のＣＣＤとして説明するが、例えばインターレース読出とすることで、垂直方向に読み出す画素の色が赤色（Ｒ）一色または青色（Ｂ）一色となり、混色を避けることができる。即ち、タテスジ等の画質劣化の要因を取り除くことができる。
【００５２】
図４は、図３に示す受光部４４を４画素分拡大した図であり、転送電極を示す図である。本実施形態の転送電極４７，４８，４９は３層ポリシリコン構造となっており、全画素読出可能なインターラインＣＣＤを構成する。図示する例では、第３ポリシリコン電極４９が赤色（Ｒ）の信号電荷または青色（Ｂ）の信号電荷を読み出す読出ゲート電極を兼用している。垂直方向に連なる各画素Ｒ，Ｂは上面から見て櫛歯状の素子分離帯４２で画成されている。
【００５３】
図５は、図４のV―V線断面図である。ｎ型半導体基板４３には、表面側にＰウェル層５０が形成され、Ｐウェル層５０内の表面部にＮ＋層５１が形成される。入射光によって発生した信号電荷は、Ｎ＋層５１に蓄積される。この信号電荷蓄積部を形成するＮ＋層５１（不純物（リンまたは砒素（Ｐ又はＡｓ））濃度は約５×１０１６〜１７／ｃｍ３）が読出ゲート電極４９下まで延在することで、入射光の光量に応じて発生した電荷が、ゲート部を通って垂直転送路４５に読み出される。
【００５４】
Ｎ＋層５１が設けられた半導体基板４３の表面の一部には、浅いＰ＋層５３が設けられており、更に最表面にはＳｉＯ２膜５４が設けられている。Ｐ＋層５３の不純物（ボロン）濃度は約１×１０１８／ｃｍ３、深さ約０．１〜０．２μｍ程度であり、受光部の表面における酸化膜―半導体界面の欠陥準位の低減に寄与している。また、ＳｉＯ２膜５４の上部表面には、受光領域を避けた位置に前述の転送電極４７，４８，４９が形成され、更にその上部に、受光領域に開口部５５ａを持つ遮光膜５５が設けられ、更にその上部に平坦化膜５６ａが形成され、更に、カラーフィルタ層５７が設けられ、その上部に平坦化膜５６ｂを介してトップレンズ（マイクロレンズ）５８が形成される。トップレンズ５８は、隣接するトップレンズ５８と隙間のないギャップレストップレンズとするのが好ましい。
【００５５】
撮像画像の偽色を低減するには、二次元平面上（固体撮像素子表面上）に離散配置された各画素間の水平方向，垂直方向の距離を短くするか、隣接画素間の不感度領域を無くすことが効果的である。各画素間の距離を現状以上に短くするには更に一層の画素の微細化が必要となり、技術的に困難になってきているのは上述の通りである。そこで、本実施形態では、トップレンズ５８をギャップレスレンズとすることで、隣接画素間の不感度領域を無くし、左右上下に隣接する赤色（Ｒ）の受光面と青色（Ｂ）の受光面を連続させて、折返し歪みによる偽色を更に低減することにしている。
【００５６】
図６は、ＣＣＤ３７の表面模式図であり、図７は、ＣＣＤ３７の一画素分の断面図である。ＣＣＤ３７の構造は図５に示すＣＣＤ３６と基本的に同じであるが、カラーフィルタ層５７（図５参照）が設けられていない点のみ異なる。図６では、ＣＣＤ３７の各受光部（画素）４４上に「Ｇ」と記載しているが、これはカラーフィルタの色を表しているのではなく、各受光部４４が緑色（Ｇ）を検出することを示している。ＣＣＤ３７には、色分解プリズム３５によって緑色（Ｇ）の光しか入射しないため、緑色（Ｇ）のカラーフィルタは不要である。
【００５７】
本実施形態のデジタルカメラは、第２ＣＣＤ３７がカラーフィルタ不要の構造であり、第１ＣＣＤ３６が２色のカラーフィルタのみ搭載する構造のため、ＣＣＤの製造プロセス数が低減すると共にＣＣＤ３６，３７の製造歩留まりが向上し、ＣＣＤの製造コストが低減する。このため、色分解プリズムや２個のＣＣＤを搭載することによるデジタルカメラのコスト上昇を抑制することができ、２板式カラー固体撮像装置を搭載するデジタルカメラの低コスト化を図ることが可能となる。
【００５８】
また、このＣＣＤ３７は、各画素４４が全て緑色信号検出用に割り当てられているので、輝度信号の生成に極めて有利となり、撮像画像の高解像度化を達成することができる。特に、緑色については、ＣＣＤのほぼ全面に感度を有するので、緑色の入射光については不感度部分が殆ど無く、偽信号の発生も抑えられる。
【００５９】
図８は、２板式ＣＣＤモジュール２２におけるＣＣＤの配置図である。正方格子状に赤色（Ｒ）検出用のＲ画素と青色（Ｂ）検出用のＢ画素とがモザイク状に配置されたＣＣＤ３６に対して、ＣＣＤ３６と同一の正方格子状に緑色（Ｇ）検出用のＧ画素が配置されたＣＣＤ３７を、図８下段右図に示す様に、画素ピッチが１／２づつ垂直方向，水平方向にずれるように配置したいわゆる画素ズラシ配置とすることにより、ＣＣＤ３６単体やＣＣＤ３７単体の解像度より更に解像度を高めることが可能となる。
【００６０】
図８下段右図の配置は、例えば特開平１０―１３６３９１号公報記載の所謂ハニカム画素配置であり、このため、図１の信号処理回路２７として、ハニカム画素配置用の既存の信号処理ＩＣを使用して画像処理することが可能となる。
【００６１】
しかし、２板式のＣＣＤ３６，３７を画素ズラシ配置にすることは必須ではなく、図８下段左図に示す様に、ＣＣＤ３６の各画素と、ＣＣＤ３７の各画素とが同一サンプリングポイントとなる様に配置することでもよい。この配置にすることで、撮像画像の一層の高感度化を図ることができると共に、偽色や色モアレを一層低減することが可能となる。
【００６２】
〔第２の実施形態〕
上述した実施形態では、各画素を正方格子状に配置したＣＣＤを例に説明したが、ＣＣＤの各画素を各行毎に１／２ピッチづつづらした所謂ハニカム画素配置（特開平１０―１３６３９１号公報参照）のＣＣＤでも本発明を実現でき、一層の高解像度化を図ることができる。
【００６３】
図９は、図２のＣＣＤ３６の代わりに用いるハニカム画素配置の第１ＣＣＤ６０の表面模式図であり、図１０は、図２のＣＣＤ３７の代わりに用いるハニカム画素配置の第２ＣＣＤ７０の表面模式図である。また、図１１（ａ）はＣＣＤ６０の４画素分の拡大図であり、図１１（ｂ）はＣＣＤ７０の４画素分の拡大図である。
【００６４】
画素６１は各行毎に１／２ピッチずれており、水平方向に隣接する画素６１間に、垂直転送路６２が蛇行して配置される。また、ＣＣＤ７０の画素７１の位置もＣＣＤ６０と同じであり、水平方向に隣接する画素７１間に、垂直転送路７２が蛇行して配置される。各画素６１，７１の断面構造は、基本的には、夫々図５，図６の断面構造と同様である。
【００６５】
本実施形態では、ＣＣＤ６０の水平方向にジグザグに隣接する各画素６１には、赤色（Ｒ）のカラーフィルタと青色（Ｂ）のカラーフィルタとが交互に形成され、垂直方向にジグザグに隣接する各画素６１にも赤色（Ｒ）のカラーフィルタと青色（Ｂ）のカラーフィルタとが交互に形成される。即ち、赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとがモザイク状に配置される。これにより、全画素読み出しモードにおいても、各垂直転送路６２に読み出される信号は赤色（Ｒ）あるいは青色（Ｂ）の一色の信号だけとなり、混色を避けることができ、タテスジ等の画質劣化の要因を取り除くことができる。
【００６６】
また、図１１（ａ）に示す様に、菱形に形成された素子分離帯６３によって個々が分離された各画素６１は、水平線上でＲ画素とＢ画素が入り組んだ構造となるため、テレビジョン学会誌Vol.41，No.11(1987),pp1061-1067「固体撮像素子の新構成法」に記載されている様に、偽解像が少なくなるという利点を有する。  図１２は、図１１（ａ）（ｂ）の丸印ＸII内の転送電極を示す詳細図である。菱形に形成された素子分離帯６３（７３）により各画素６１（７１）が画成され、素子分離帯６３（７３）に設けられたゲート部６４（７４）（図１１参照）から、画素間に設けられた垂直転送路６２（７２）に色信号電荷が読み出される。
【００６７】
垂直転送路６２（７２）上には、２層ポリシリコン構造でなる転送電極が重ねて設けられ、１つの画素に対して４本の転送電極８１，８２，８３，８４が対応付けられている。これにより、ハニカム画素配置のＣＣＤは、２層ポリシリコン構造の転送電極で全画素読み出し（プログレッシブ動作）可能なＣＣＤとなっている。
【００６８】
この第２実施形態の様に、同一画素数のハニカム画素配置のＣＣＤ６０，７０を２枚用いることでも、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、ハニカム画素配置のＣＣＤを用いることで、第１実施形態と比較して、２層ポリシリコン構造の転送電極でプログレッシブ動作が可能となり、製造コストの低減と製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【００６９】
図１３は、本実施形態で用いる２板式ＣＣＤモジュールにおけるＣＣＤの配置図である。ハニカム状にＲ画素とＢ画素とが配置されたＣＣＤ６０に対して、ＣＣＤ６０と同一のハニカム状にＧ画素が配置されたＣＣＤ７０を、図１３下段右図に示す様に、画素位置が１／２ピッチだけ水平方向にずれるように配置したいわゆる画素ズラシ配置とする。これにより、更に高解像度の撮像が可能となり、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素配置は、正方格子状の配列となり、正方格子画素配置の既存の信号処理ＩＣを使用して画像処理を行うことが可能となる。
【００７０】
しかし、本実施形態でも同様に、２つのＣＣＤ６０，７０を必ずしも画素ズラシ配置する必要はなく、図１３下段左図に示す様に、ＣＣＤ６０の各画素と、ＣＣＤ７０の各画素とが同一サンプリングポイントとなる様に配置することでもよい。この配置にすることで、撮像画像の一層の高感度化を図ることができると共に、偽色や色モアレが一層低減される。
【００７１】
〔第３実施形態〕
上述した各実施形態では、固体撮像素子としてＣＣＤを用いた例を説明したが、他の固体撮像素子、例えばＣＭＯＳ型イメージセンサを用いても本発明を実現できる。
【００７２】
図１４は、第１ＣＭＯＳ型イメージセンサの表面模式図である。この第１ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０は、ｎ型半導体基板９１の表面部に形成され、受光領域の脇に形成された垂直走査回路９２と、半導体基板９１の底辺側に形成された水平走査回路等（信号増幅回路，Ａ／Ｄ変換回路，同期信号発生回路等）９３とを備える。
【００７３】
受光領域には、多数の受光部９４が二次元アレイ状に、この例では正方格子状に配列形成されている。図１５は、図１４のXV―XV線断面模式図である。この第１ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０の各画素も、前述の実施形態と同様に、赤色（Ｒ）または青色（Ｂ）のカラーフィルタ９７（図１７）を搭載している。
【００７４】
第１ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０の各受光部９４では、図１５に示す様に、ｎ型半導体基板９１の表面側にＰウェル層９５が形成され、Ｐウェル層９５内の表面部にＮ＋層９９が形成される。Ｎ＋層９９は、この例では、不純物（リンまたは砒素（Ｐ又はＡｓ））濃度を、約５×１０１６〜１７／ｃｍ３としている。
【００７５】
Ｎ＋層９９はオーミックコンタクト１０５により色信号検出用アンプ１０６に接続される。このオーミックコンタクト１０５を良好に行うために、Ｎ＋層９９のうちこのコンタクト部分の不純物濃度を、この例では１×１０１９／ｃｍ３以上としている。アンプ１０６の等価回路を図１６に示す。
【００７６】
斯かる受光部の断面構造により、カラー画像撮像前にリセットトランジスタがＯＮされてＮ＋層９９の夫々のＰＮ接合部に所定量の電荷が蓄積される。そして、Ｎ＋層９９のＰＮ接合部における蓄積電荷は、受光部に達した入射光の光量に応じて発生したフォトキャリア分だけ放電し、Ｎ＋層９９のＰＮ接合部における電荷変化量が、色信号としてアンプ１０６よって読み出される。
【００７７】
図１７は、第２ＣＭＯＳ型イメージセンサの表面模式図である。第２ＣＭＯＳ型イメージセンサ９８は、図１４，１５に示す受光部に比べ、カラーフィルタを設けていない点を除き、同一構造をとる。元々、緑色の光しか入射してこないため、緑色（Ｇ）のカラーフィルタは不要である。
【００７８】
尚、図１５では図示を省略したが、第１，第２ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０，９８には、遮光膜や平坦化層，配線層，マイクロレンズなどが半導体基板表面に積層される。マイクロレンズは、図５で説明したように、ギャップレスマイクロレンズとするのが良い。
【００７９】
図１８は、第１，第２ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０，９８の１画素分に対応する二次元平面図である。半導体基板９１の表面は、縦横に延びるＬＯＣＯＳによる素子分離帯１１０によって碁盤の目の様に各受光部９４が素子分離されており、図示する例では、各受光部９４はほぼ正方形をなしている。
【００８０】
各受光部面積のうち、大部分に上述したＮ＋層９９が形成され、右上端に短冊状の周辺回路部１１１が設けられる。この周辺回路部１１１に、上述したアンプ（ソースフォロアアンプ）１０６が設けられ、受光部に設けたコンタクトホール１０５を介して接続されたＮ＋層９９から色信号が読み出される。
【００８１】
図面上、縦方向に設けられた素子分離帯１１０の上に、信号出力線１１２とリセット線１１４が敷設され、横方向に設けられた素子分離帯１１０の上に、選択信号線１１５と電源線１１３が設けられる。信号出力線１１２はアンプ１０６の出力に接続され、図２０では周辺回路への接続線が省略されているが電源線１１３に電源電圧が印加され、リセット線１１４にはリセット信号が印加される。
【００８２】
これらの選択信号やリセット信号は、図１４，図１７に示す垂直走査回路９２や水平走査回路等９３等によって制御される。尚、受光部上に記載した点線矩形枠１０７は、遮光膜の開口部位置を示しており、この内側のみに光が通過し、その外側すなわち周辺回路部１１１やコンタクトホール１０５は遮光されている。この図に示されるように、一の受光部に設ける必要のある信号配線数や周辺回路数は少なくて済むため、本実施形態のＣＭＯＳ型イメージセンサは、受光部面積を広くすることができ、明るい画像が撮像可能である。
【００８３】
この様に、本実施形態の第１ＣＭＯＳ型イメージセンサ９０と第２ＣＭＯＳ型イメージセンサ９８を用いて２板式カラー固体撮像装置を構成しても、第１，第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
尚、上述した第３の実施形態は、各受光部を正方格子状に配列した例であるが、例えば、米国特許第４５５８３６５号公報に記載されている様に各行の受光部を１／２ピッチづつづらした所謂ハニカム画素配置のＮＭＯＳ型イメージセンサでもよいことはいうまでもない。また、ＣＭＯＳ型，ＮＭＯＳ型に限らず、他の形式のＭＯＳ型イメージセンサでもよい。ハニカム画素配置の場合には、各カラーフィルタＲ，Ｂの配置位置は、図９の実施形態と同様のモザイク状にする。
【００８５】
以上述べた各実施形態の２板式カラー固体撮像装置及びこれを搭載したデジタルカメラによれば、フルカラー撮像が可能であり、また、同一解像度の単板式の固体撮像素子を用いる場合に比較して１画素の大きさを大きくすることができるため、固体撮像素子の製造歩留まりを更に上げることができ、２板式であっても更に低コスト化を図ることが可能となる。
【００８６】
尚、上述した各実施形態では、赤色（Ｒ）信号を検出する画素の上に赤色（Ｒ）のカラーフィルタを設け、青色（Ｂ）信号を検出する画素の上に青色（Ｂ）のカラーフィルタを設けたが、これらカラーフィルタは、原色系の赤色カラーフィルタや青色カラーフィルタに限るものではない。
【００８７】
図１９（ａ）は、図２の緑色反射用ダイクロイック膜３８を透過する光の波長分布特性Ａを示すグラフである。緑色反射用ダイクロイック膜３８は赤色の長波長側すなわち赤外光成分も透過するが、赤外光成分は、図１の赤外光カットフィルタ２３でカットされるため、色分解プリズム３５には入射しない。図１９（ｂ）（ｃ）は、夫々、赤色（Ｒ）フィルタ及び青色（Ｂ）フィルタの分光特性を示すグラフである。赤色フィルタは、第１ＣＣＤ３６への入射光のうち赤色成分だけを透過し、青色フィルタは、第１ＣＣＤ３６への入射光のうち青色成分だけを透過する。
【００８８】
これに対し、補色系のイエロー（Ｙｅ）フィルタは、その分光特性を図２０（ａ）に示す様に、赤色から緑色まで透過するカラーフィルタであり、シアン（Ｃｙ）フィルタは、その分光特性を図２０（ｂ）に示す様に、青色から緑色まで透過するカラーフィルタである。第１ＣＣＤ３６には緑色成分の光は入射しないため、赤色フィルタの代わりにイエローフィルタを用い、青色フィルタの代わりにシアンフィルタを用いることでも、赤色と青色とを分離可能である。しかも、これら補色系フィルタを用いることで、波長分布特性Ａのうちの赤色の山の肩部分や青色の山の肩部分が透過するため、感度的に有利になるという利点もある。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る２板式カラー固体撮像装置は、小型化，低コスト化を図ることが可能となり、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラに搭載するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】図１に示す第１実施形態に係る２板式ＣＣＤモジュールの構成図である。
【図３】図２に示す第１ＣＣＤの表面模式図である。
【図４】図３に示す第１ＣＣＤの４画素分の拡大図である。
【図５】図４のV―V線断面図である。
【図６】図２に示す第２ＣＣＤの表面模式図である。
【図７】図６に示す第２ＣＣＤの１画素分の断面図である。
【図８】図２に示す第１ＣＣＤと第２ＣＣＤの配置説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る第１ＣＣＤの表面模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る第２ＣＣＤの表面模式図である。
【図１１】（ａ）図９に示す第１ＣＣＤの４画素分の拡大図である。  （ｂ）図１０に示す第２ＣＣＤの４画素分の拡大図である。
【図１２】図１１の円XII内の拡大図である。
【図１３】図９に示す第１ＣＣＤと図１０に示す第２ＣＣＤの配置説明図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る第１ＣＭＯＳ型イメージセンサの表面模式図である。
【図１５】図１４のXV―XV線断面模式図である。
【図１６】図１５に示すアンプの等価回路図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る第２ＣＭＯＳ型イメージセンサの表面模式図である。
【図１８】図１４，図１７に示す１画素分の平面模式図である。
【図１９】（ａ）緑色反射用ダイクロイック膜の透過光の波長分布を示すグラフである。  （ｂ）赤色フィルタの分光特性を示すグラフである。  （ｃ）青色フィルタの分光特性を示すグラフである。
【図２０】（ａ）補色系のイエローフィルタの分光特性を示すグラフである。  （ｂ）補色系のシアンフィルタの分光特性を示すグラフである。
【図２１】従来の３板式カラー固体撮像装置の構成図である。
【図２２】従来の２板式カラー固体撮像装置の構成図である。
【図２３】従来の単板式カラー固体撮像装置に用いるカラーフィルタの平面図である。
【符号の説明】
【００９１】
２２  ２板式ＣＣＤモジュール
３５  色分解プリズム
３６，６０  第１ＣＣＤ
３７，７０  第２ＣＣＤ
３８  緑色反射用ダイクロイック膜
３９  全反射用ダイクロイック膜
４４，６１，７１  受光部
４５，６２，７２  垂直転送路
５１，９９  Ｎ＋層
９０  第１ＣＭＯＳ型イメージセンサ
９８  第２ＣＭＯＳ型イメージセンサ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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