图像传感器和数字照相机的制作方法

专利名称：图像传感器和数字照相机的制作方法
图像传自和数字照相机发明领域本发明涉及一种图像传離和一种数字照相机，且尤鄉及一种根据入射光的光 数量积累电荷的电荷积累型图像传 ，和使用该图像传 的数字照相机。 背景駄近几年，随着例如CCD(电荷耦合器件)区域传^， CMOS(互补型金属氧化物半导 体)图像传繊等固态成像器件^f,率的增加，对具有摄像功能的信息技术器ff^如数 字电静态照相机，数字视频照相机，便携式电话，PDA (便携式的信息终端，个人数字 助手)等的需求快速增长。因此，，的基于固态成像器件的具有摄像功能的信息器 件将用数字照相机4 。其间，在近几特妇寸除拍摄传统的可见光图像相片夕卜还可拍摄非可见光图像相 片的多种数字照相机的需求。例如，如果可能拍摄红外线图像的相片，则可在夜间等 拍摄相片。迄今，作为满足该需求的可应用的技术，未审公开的日本专利申请(JP-A) No. 6-177416公开了一种形成发光传,器件的技术，其由在硅衬底上的扩散区和N 区组成，邻翻卩里形成分开的P区，并且在相同的表面成像可见光和红外光。而且，JP-ANo. 10-210486公开了一种使用多个分离部件和CCD的技术，包括例如^^镜的分离部件将可见光从不可见光等中分离出来，以使得可见光和不可见光成像。 然而，在JP-ANo. 6-177416中公开的技术中，两种类型的传SH件，和其电极设 置在相同的光接收表面。因此，与在相同的光接收表面仅接收可见光或不可见光的情 况相比，可同时接收可见光和红外光的光接收区域比较小并且成像灵M低，这是一 个问题。而且，在相同的JP-ANo. 6-177416中公开的技术中，因为光元件的折射指数 根据入射在传繊的光、可见光的聚焦距离和红夕卜光的波长差的不同而变动。从而， 4歐隹用极,性将可见光和的红外光都聚焦，这是一个问题。其间，在JP-ANo. 10-210486中公开的技术中，需要多个CCD。除了导致功耗和成 本增加外，还导致设备尺寸的增加，这些都是问题。 发明内容为了解决，问题设计本发明，且本发明的目的是在不导,像灵 降低、聚 ,mi化、功耗和/^ 增加或设备尺寸增加的情况下 —种倉辦成像不同波长 的光的图像传繊嗷字照相机。本发明一方面的图像传 包括设置在相应各自像素的矩阵排列中的图像传感器内的多个图像接收元件，#^光接收元件包括在前面的光接收表面以及根据在图像接收表面上接收到的光的光数量积累电荷；以及电荷输出部件， 积累在多个光接 收元件的电荷输出到图像传麟的外部，构造图像传繊可使得^A射在多个光接收 元件的后面上，且多个光接收元件可根据在后面的接收光的光数量积累电荷。


图1是示出与本发明的实施例相关的成像器件的结构的截面侧图。图2A是与本发明实施例相关的图像传麟的传感部分的成像区的局部平面图。图2B是图2A沿CA线切开的截面图。图2C是图2A沿CB线切开的截面图。图3A是示出与本发明的第一实施例相关的颜feil滤层的结构的平面示意图。 图3B是示出与本发明的第一实施例相关的不可见^1滤层结构的平面示意图。 图4是示出与本发明的第一实施例相关的数字照相机的结构框图。 图5是示出与本发明的第一实施例相关的摄像模式处理禾辨的处理流程图。 图6A是示出与本发明第二实施例相关的颜色过滤层的结构的平面示意图。 图6B是示出与本发明的第二实施例相关的不可见舰滤层的结构的平面示意图。 图7是示出与本发明的第二实施例相关的数字照相机的结构框图。 图8是用于与本发明的第二实施例相关的数字照相机中的画面转换信号和控制信 号的时间表。图9是示出使用与本发明的实施例相关的成像器件的数字照相机的结构的另一例 子框图。下面，将参照附图详细描述本发明的实施例。 第—实施例首先，将参照图1的结构侧面图描述与本实施例相关的成像器件50的全部结构。 如图1所示，与本实施例相关的成像器件50与封装在箱52中的图像传感器70构造在一起。图像传感器70是由玻璃衬底72和传Stl部分74 ，地构成。在箱52的前面樹共透明玻璃板54并在箱52的后面 透明 板56。在成像器件50的中部支撑传繊部分74，并且在相应各自的像素的矩阵图案中 Jli贿多4^接收元件。,寸底72在成像器件50的传自部分74和电极(终端) 58之间形成电的连接，且执行强化传 部分74的功能。传 部分74育纵其前面(图1中的上面)和后面(图1中的下面)接收光。透 明玻璃板54具有^^的尺寸和位置使得^iA射到传皿部分74的^fe接收表面的 前面侧上，腿明鹏板56具有麟的尺寸和位置使得^A射至U传繊部分74的整 ^接收表面的后面侧上。图2A是传Stl部分74的成像区的局部平面图，在成像区内示出两个彼此邻近的 像素P。每一像素P包括光接收元件80，由根据接收的光的光数量积累电荷的光电二 极管组成。垂直电荷传输路径82设置在《象素P的左边和右边。如虚^^f示，四相驱动的多晶硅^^T电极85， 86， 89和90 (EL)被设置在垂直 电荷fHr路径82的上方。例如，在用两层多晶硅形成的^彌电极的情况下，例如l彌 电极85和89形成在第一多晶硅层，且^^T电极86和90形成在第二多晶硅层中。传 输电极85控制从光接收元件80到垂直电荷4彌路径82的电荷的读取。图2B和2C是图2A分别沿CA和CB线切开的截面图。如图2B所示，p型阱88形 成在n型半导術寸底87的表面。n型区^成在p型阱88的表面区域，且以此构建 光接收元件80。 p+型区域93是执行像素P与垂直电荷〗 路径82等的电隔离的沟 道停止区域。如图2C所示，组成垂直电荷传输路径82的n型区llf共在构j^接收元件80的n 型区附近。在光接收元件80和垂直电荷^^f路径82之间的p型阱88构成读取晶体管。 例如氧化趟莫等的绝缘层形鹏n型半导術寸底87的表面上，且由多晶硅形成的^tr电极EL形皿绝缘层上。为了覆盖垂直电荷^lr路径82而设置4tlr电极EL。由氧化硅等形成的另一绝缘层形成在^lr电极EL上。包括朝上方开口的开口部分的光阻 挡膜83由在该绝缘层上的钩等形成以便覆盖垂直电荷傲毹各径82以及类似物。形成 由磷硅mS自等组成的夹层绝缘膜84以便覆盖光阻挡膜83，且平坦化夹层绝缘膜 84的表面。颜^31滤层91形成在夹层绝缘膜84上。颜色过滤层91包括三种或更多种颜色(在 本实施例中^H种颜色)的颜色区，例如红色区91R，雜区等。浩iit^92在与像素 P相应的颜feil滤层91上由电阻材料等形成。如图2B戶标，在像素P上方一个接一个的形成1ifciiM92。红色区91R等的鹏
过滤^皮设置在i^ 92的下方。穿3i^色过滤器的^iA射在光接收元件80处。微 透镜92会聚i^U:面入射到光阻挡膜83开口部分上的光。其间，不可见舰滤层95形鹏n型半导術t底87的后面。不可见舰滤层95 包括^iT不可见光(本实施例中的红外光)的不可见光区。不可见光过滤层95的后面 丰 加到玻璃衬底72上。n型半导術才底87的层厚度设置为能使不可见光/Ajtk穿过^lr的厚度(例如，20Wn)。对于玻璃衬底72，使用对于不可见光具有高透射率的材料。在这种结构中， 光接收元件80會餱收来自传離部分74的前面和后面的光，且根据接收光的微量 可积累电荷。考虑到不可见光的翻率，n型半导術寸底87的层厚度tt^HW可能薄， 但是当层厚度比较薄时，图像传,70的 驢斷氐。由此，在与本实施例相关的图像 传離70中，为了补偿这种在弓艘上的陶氐而4顿玻璃衬底72。现在，图3A示出与本实施例相关的颜fe31滤层91的结构(从前面观察的结构)， 且图3B示出与本实施例相关的不可见皿滤层95的结构(M面观察的结构)。如图3A所示，与本实施例相关的颜色过滤层91由排列,阵图案的多个设置而 构成，針设置是^ll红光的红色区91R，传黻录光的纟絶区91G， ftll蓝光的蓝色区 91B，以及不^lf光的光阻挡区91K。作为对比，如图3B所示，当在图像传感器70处 ^i乓与本实施例相关的不可见光过滤层95，传输不可见光的不可见光区951 (在本实 施例中，红外光)仅设置在相应于颜色过滤层91的光阻挡区91K的位置。不可见光过 滤层95的其它区均作为光阻挡区95K而形成。也就是，构造与本实施例相关的颜feil滤层91和不可见光过滤层95以便可见光 入射的目标的光接收元件80的排列位置和不可见^A射的目标的光接收元件80的排 列位置相互变换。这样，在该结构中，形成的图像传Sf!70以肖,同时成像可见光和 不可见光。这里，除了 n型半导術寸底87的层厚度和衝共玻璃衬底72情形之外，图像传感 器70的结构，制作工艺等是常规熟知的且在这里不进一步描述。接下来，将参照图4描述与本实施例相关的其中i顿战结构的成像器件50的数 字照相机10A的主要结构。构造数字照相机10A，包SMl2，光学单元22和成像器件50。 Ml2用于聚 焦物体图像。光学单元22弓l导ililit^ 12 SA的光到达成像器件50的光接收表面。 设誠像器件50以便接收红外光的光接收表面定向于图4中的上方且接收可见光的光 接收表面定向于图4中的下方。光学单元22提f贿棱镜14，雜驗离穿腿镜12的光的光轴L的上游一侧， 涂敷有冷过滤器14Ao 7til滤器14A具有4繊可见光和蹄红外光的鹏性。在穿过 itlt 12的光中，仅红夕卜光由棱镜14的 ^1滤器14A g到图4的上方。在红外光反射的方向的下游Hi，以则l^放置^f镜20A和g镜20B。由冷 过滤器14A鄉的红外光由鄉镜20A和湖镜20B继续地反射，并入射至鹏测红外 光的成像器件50的光接收表面上。其间，在穿过棱镜14传输而不是由冷过滤器14A础的可见光的前进方向的下游 HS设置棱镜16。棱镜16包括^lf可见光的娜表面。在来自棱镜16的础表面 的可见光的g方向的下游一侧，按此顷序设置Mlt镜20C和反射镜20D。由棱镜16 的反射表面础的可见 续由鄉镜20C和鄉镜20D础，监射在探观何见光 的成像器件50的光接收表面上。在与本实施例相关的数字照相机10A中，具有，的光学单元22的结构，有可能 使f^^物体图像的光穿过普通(相同)棱镜12，可见光和红夕卜^A射在单个成像器件 50上，该构造冑激成像可见光和红外光。目前，根据可见光和红外光波长的不同，由于在光学元件中其折射指数的不同， 所以可见光和红夕卜光的聚焦长度不同。因此，在与本实施例相关的数字照相机10A中， 设置光学单元22的多种组成以便随着可见光和红外光的光路径长度的不同尽可能多 的吸收聚焦距离差。舰以上光学单元22的排歹股计，聚焦长度差可被吸收到一定禾號，但是完全吸 赔异是困难的。因此，在与本实施例相关的数字照相机10A中，在图4的垂直方向 的预定范围内将成像器件50构造成可移动的(X轴方向)。这样，调节可成像器件50的两个面，前面和后面的聚焦距离。进一步构造与本实施例相关的数字照相机10A，包括模拟信号处理部分30，模拟/ 数字转换器(下面用ADC 4樣)32，输出转换部分34，数字信号处理部分36和控制 部分40。模拟信号处理部分30向输入到那里的模拟信号施加模拟信号处理。ADC32将 输入到那里的模拟信号转换为数字辦居。输出转换部分34将输入到那里的数字数据的 输出目标转换成两个予!5fe特定的输出目标之一。数字信号处理部分36会織入到这里的 数字翻施加多种数字信号处理。控制部分40管S^数字照相机10A的运行。成像器件50的输出终端与模拟信号处理部分30的输腐端相连，模拟信号处理
部分30的输出终端与ADC32的输入终端相连，ADC32的输出终端与输出转换部分34 的输入终端相连。因此，从成像器件50输出的描绘物体图像的模拟信号iia^拟信号 处理部分30经受预定模拟信号处理，包括相关的双取样处理，i!3lADC32转^m字 ,，且然后输入到输出转换部分34。与本实施例相关的输出转换部分34与控制部分40相连。输出转换部分34具有如 下功能在控制部分40的控制下，将经由模拟信号处理部分30和ADC32 M像器件 50输入的数字 分成由接收可见光(下面用彩色图像15^( )的成像器件50的像素ia乓的w和由接收红外光(下面用红外图像繊j様)的像素麟的娜，并且输出 。这里，构造与本实施例相关的输出转换部分34以便會,根据从控制部分 40的设置输出彩色图像籠或红外图像M。输出彩色图像数据的输出转换部分34的输出终端与数^f言号处理部分36的输入 终端相连。在数字信号处理部分36，在输入的彩色图像M上施加多种类型的数對言 号处理，例如颜色同步处理，白平衡调节处理，總处理，f艘处理等。经历由数字 信号处理部分36的数字信号处理的彩色图像f^根据由用户(g卩，按决门释放开关的 操作(快门按钮))的摄像指令被记录到便携存储卡。该记录的结构和处理是普遍熟知 的，所以不在这里描述。其间，输出红外图像 的输出转换部分34的输出终端与红外图像处理部分相 连，其执行4顿红外图像数据的预定处理。对于在与本实施例相关的数字照相机10A 中的预定处理，〗顿根据用户(即按快门释放开关的操作)的摄像指令记录输入的红 外图像数据为便携式存储卡的处理。数字照相机10A还衛共有定时发生器38，其主要为驱动成像器件50产生时间信 号以及给成像器件50衛共这些时间信号。成像器件50的驱动经由定时发生器38舰 控制部分40控制。数字照相丰几10A进一步iif,红外光源42和聚焦 44。红夕卜光源42向物体发 射红外光。聚焦透镜44聚焦朝向物体的从红外光源42发射的红外光。由红外光源42 鄉光的剝牛由控制部分40控制。与本实施例相关的数字照相机10A除了具有执行摄像的摄像模式外，还配有根据由摄像获得的图像ims^夂物体图像的S^模式。其细节是普遍熟知的，因此在这里不在描述o作为执行与本实施例相关的数字照相机10A的摄像的摄像模式，可选Si也设置无
论融可见光执行摄像的可见光摄像模式，还翻红外光执行摄像的红外光摄像^試。其次，当与本实施例相关的数字照相机10A的摄像t試操作被设定时，参照图5 描述。图5示出摄像模式处理禾辨的处理淑呈的、2^呈图，其由舰时的数字照相机10A 的控制部分40执行。该禾骄被予跌存储在控制部分40的存储器中。这里，为了避免 ，性，夂 述由用户预先设定的无论是可见光摄像模式还是红外光摄像模式的情况。首先，在步骤100中，判断红外光摄像模式是否被设定，如果判定是肯定的，处 理前进到步g聚102。在步骤102中，控制输出转换部分34以便仅输出红外图像娜。其次，在步骤 104中，控制红外光源42以便开始光對寸。然后，在步骤106中，根据释放开关按动 操作执行记录红外图像娜的红夕隨像处理。其次，在步骤108中，执行控制以便停 止由步骤104的处理开始的红外光源42的光发射。之后，处理前进到步骤114。另一方面，如果步骤100的判断是否定的，贝i从为可见光摄像模式被设定。处理 前进到步骤110且控制输出转换部分34以便仅输出彩色图像娜。然后，在步骤112 中，根据释放开关按动操作执行记^S色图像数据的普通摄像处理。之后，处理前进 到步骤114。在步骤114中，判断摄像模式是否由用户终止。如果判定是否定的，处SM回到 步骤100且从前面的步骤100的处理再次执行。另一方面，如果判定是肯定的，本摄 像模式处理fiif结束。如在上面的详细描述中，在与本实施例相关的图像传感器中，在其前面具有光接 收表面的多个光接收元件(在本实施例中，光接收元件80)，其ili共在相应各自像素 的以矩阵的形式的图像传感器的内部并根据在光接收表面接收的光的光数量积累电 荷，且掛共电荷输出部件(在本实施例中，垂直电荷〗输路径82)，期每在多賴接 收元件积累的电荷输出到图像传離外部，并形成使得光入射到多个光接收元件的后 面上的结构，具有由多个光接收元件根据在后面接收的光的光数量在那边积累电荷。 这样，在不导致成像灵敏度下降、聚焦特性的退化、功耗和/皿本的增加、或装置尺 寸的增加的情况下，可成像不同波长的光。而且，与本实施例相关的图像传,还Jlf共有第一过滤器(在本实施例中，颜色 过滤层91)，其麟在多个光接收元件的前面Hi荆输预定波长的光(在本实施例 中，可见光)以入射在至少多个光接收元件中的一些上，和第二搶波器(在本实施例 中，不可见光滄波层95)，其!li共在多个光接收元件的后面的一侧且传输不同于预定波
长(本实施例中，红外光)的波长的光以i!A射在至少多个光接收元件中的一些上。 这样，具有互不相同的预定波长的光可正确的入射在多个光接收元件前面的光接收表 面上以及在后面的光接收表面上。而且，在与本实施例相关的图像传離中，ffiil在n型半导術寸底上层叠p型阱 ^i共光接收元件，其层厚度设置为能使得不同于预定波长的波长的光f^i的厚度，且在P型阱形成n型区域。这样，仅n型半导術寸底的层厚度不同于以往的固态成像器 件，且图像传繊可ilil基本上与以往的固态成像器件一样的审舴工艺而制作。而且，在与本实施例相关的图像传感器中，在后面Jli乓用于加强的玻璃板(这里， 鹏衬底72)。这样，可以W尝由于n型半导術寸底的层厚度变薄导致的5雖的斷氏。而且，在与本实施例相关的图像传麟中，因为预定的波长是可见光的波长且不 同于预定波长的波长是不可见光的波长，可见光和不可见光都能成像。另外，在与本实施例相关的图像传感器中，构造第一ii"波器和第二滤波器以便预 定波长的光的入射的目标的光接收元件的排列的位置和不同于预定波长的波长的光的 入射的目标的光接收元件的排歹啲位置可相互交替。这样，预定波长的光和不同于预 定波长的波长的光可同时被成像。而且，与本实施例相关的数字照相机包括与本实施例相关的图像传感器，使预定 波长的光在图像传感器的前面入射并使得不同于预定波长的波长的光在图像传感器的 后面入射，且执行控制以便以从图像传繊最终输出的电荷为基础执行摄像。这样， 對以于与本实施例相关的图像传麟，在不导致图像灵驗斷氐、聚焦特性退化、功耗和/^本的增加、或装置尺卞曾加的情况下，可成像不同波长的光。总之，对于本实施例，描述了使用可见光的波长作为本发明的预定波长以及<顿 不可见光的波长作为不同于预定波长的波长的情况。然而，本发明不局限于此。可能 是预定波长是不可见光的波长且不同于预定波长的波长是可见光波长的模式。在这种情况下，可iii共与在本实施例中相同的效果。另外，在本实施例中，描述了l顿红外光作为本发明的不可见光的情况。然而， 本发明不局限与此。例如，使用紫外光的模式是可能的。在这种情况下，可实现在单 个图像传,中用可见光摄像以及用紫外光摄像。第二实施例对于第二实施例，^ffi述tli共在图像传S^上的颜feil滤层和不可见^l滤层的 另一个实例。与第二实施例相关的图像传感器70的结构除了^feil滤层和不可见M滤层的结构夕卜和与第一实施例相关的图像传感器70相同。首先，将会参照图6A和6B 描述与第二实施例相关的颜fea滤层91,和不可见皿滤层95，的结构。如图6A所示，通过在矩阵图案中排列多个设置构造与本实施例相关的颜&1滤层 91， ， ^h设置是每一个红色区91R和一个蓝色区91B和两个绿色区91G。另一方面， 如图6B所示，皿在相应于所有像素中排歹杯可见光区951构造与本实施例相关的不 可见皿滤层95'。也就是，构造与第二实施例相关的颜色过滤层91，和不可见光滤波层95，以便各 自传输目标的波长的光在图像传感器70的所有光接收元件80 U射。在该结构中， 形成与第二实施例相关的图像传感器70以便肖鄉ilii^续i^^i:地成像可见光和 红外光，将1顿所有光接收元件的各自的 像，且最终改善成像灵驗。然后，将参照图7描述与第二实施例相关的数字照相机10B的结构，微字照相 机10B中的成像器件50包括j顿战结构的图像传離70，。在图7中与图4所示的 与第一实施例相关的数字照相机10A相同的结构化元件配有相同的参考数字且将不在 描述0如图7所示，与第二实施例相关的数字照相机10B不同于与第一实施例相关的数 字照相机10A的地方仅在于客砂卜樹共的液晶快门18A，液晶快门18B和快门驱动部分 46，以及在于用输出转换部分34，代替输出转换部分34。快门驱动部分46驱动液晶 快门18A和18B。液晶快门18A插在y纽滤器14A和础镜20A之间，且完鹏卩Iih和^[输由冷过 滤器14A蹄的红外光之间的转换的功能。其间，液晶快门18B插在棱镜14和棱镜 16之间，且誠在PIlh和^^穿过冷过滤器的可见^t间的转换的功能。快门驱动部 分46与控制部分40相连，且借助快门驱动部分46 Miffi制部分40控制经由液晶快 门18A和18B阴止和传输的光。在与第二实施例相关的数字照相机10B中，从控制部分40输入到快门驱动部分 46的用于控制液晶快门18A和18B状态的控制信号，和从控制部分40输入到红夕卜光 源42的用于控制红外光源42的光鄉状态的控制信号作为普通信号(下面用控制信 号條)。在与第二实施例相关的数字照相机10B中，为了iil封也交替，转换穿过液晶快门 18A到成像器件50上的光入射和穿过液晶快门18B到成像器件50上的^A射，且执 行控制以便与转换时间同频出在图像传離70上积累的电荷。因此，与第二实施例相关的输出转换部分34'具有如下功能在控制部分40的控制下，以与转换时间同 步的状态，将从ADC32输入的数字 分^131接收可见光的成像器件50获得的 (下面用彩色图像娜4様)和舰接收红外光获得的麵(下面用红外图像娜代 表)，且输出 。在与第二实施例相关的数字照相机10B中，捕获的图像画面在可见光图^斜卩红外 光图像之间转换。画面转换信号，期每图像M转换成每个图像画面的输出，从控制 部分40输出到输出转换部分34， 。明显地，数字照相机10B不局限于此模式，■ 地捕获可见光图像或红外光图像的模式也是可能的。在这种情况中，设置在是成像目标的光的光路上的液晶快门保掛tlr状态且其它液晶快门保持光阻止状态。图8示出与本实施例相关的画面转换信号和控制信号的实例。图8中示出的画面 转换信号输入到输出转换部分34，以及控制信号输入到红外光源42和快门驱动部分 46。因此，如图8所示当画面转换信号为高电平时，红外光源42鄉光，液晶快门 18A设置为^tr状态(开状态)，且液晶快门18B设置戯卩lih状态(关状态)。结果， 用红外^M3i成ft^置50执行成像且由此提供红外图像数据。另一方面，当画面转换信号为低电平时，红外光源42设置为无光^f状态，液晶 快门18A设置j^fe[5^aji:状态(关状态)，且液晶快门18B设置成^lr状态(开状态)。 结果，用可见^Iil成像器件50执行成像且由ltldif共彩色图像数据。使用输出的彩色图像数据和红外图像数据处理的细节和与第一实施例相关的数字 照相机10A相似，因此不在这里描述。在上面已经详细描述过，与本实施例相关的图像传感器中，可实现与以前描述的 第一实施例相关的图像传麟相同的效果。另外，因为构造第一滄波器和第二熗波器 以允许各自传输目标的波长的光在多个所有光接收元件上入射，使用所有多个光接收 元件的各自波长的光成像是可能的，ilii^续地和交替地成像预定波长的光(这里， 可见光)和不同于预定波长的波长的光(这里，红外光)。结果，改善了成像灵M。此外，在与本实施例相关的数字照相机中，穿iiA射部件(这里，棱镜14，棱镜 16，础镜20C和础镜20D)前面的^A射和穿itA射部件(这里，7紐滤器14A， g镜20A和反射镜20B)后面的光iA射遊卖地交替转换。相对地，执行IS制以便与 转换时间同與卖取在图像传繊上积累的电荷。因此，实际上改善了成像灵M。总之，对于在J^实施例中通过红外图像处理部分执行的预定处理，描述了相应 于来自用户的摄像指令(释放转换按动操作)鄉获的红外图像 记录到便携式存
储卡的应用处理的情况。然而，本发明不局限于此。显然地，可应用其它顿红外图像数据的处理，例如像在JP-ANo.7-83614中公开的技术，用于发现到物体的距离的处 理，在JP-ANo.7-43600中公开的技术，用于探测用户观察线的处理等。图9示出用于执行探测用户观察线的处理的情况的数字照相机10C的结构实例。 在图9中与图4中相同的结构化元件，配有图4中相同的参考数字。在图9示出的数字照相机10C中，设置成像器件50以便探测可见光的光接收表面 定向于经由纖12入射的光(可见光)的光轴L的方向，以及探测红夕卜光的光接收表 面定向于数字照相机10C的后侧。另外，提供具有电探视镜47的数字照相机IOC。红外光源42设置在可视窗的邻 近区域内，可视窗口是当观察电探视镜47时可浏览的窗口。麟聚焦纖44并聚焦 从红外光源42鄉的朝向用户眼球的红外光。衝共邀竟48和两个湖镜22A和22B。 邀竟48设置在可视窗口邻近区域内，在相应于来自用户眼球的红外光的础方向的位 置。纖48用于会聚蹈寸的红夕卜光。这样，形^lii探测红夕卜光的成像器件50的在 光接收表面的成分会聚由眼球反射的红外光的结构。在该结构中，输出红外图像数据的输出转换部分34的输出终端与控制部分40相 连。以经由输出转换部分34 iif共的红外图像m^为基础，iliie制部分40探观佣户 的观察线。依照观察线的探测结果，执行用户希望的AE (自动曝光)控制，AF (自动 聚焦)控制，区i^作等。仍旧在这种结构中，可实9Lb^实施例中相同的效果。总之，与，实施例(参见图1， 4， 6A，6B和7)相关的光接收元件，图像传感 器和数字照相机的结构是实例。显然地，在不偏离本发明的精神的范围内适当的修改 是可能的。例如，对于战实施例，描述了^顿CCD区域传離作为本发明的图像传離的 情况。然而，本发明不局限于此。例如，其它固态图像传麟，例如可4顿CMOS图像 传繊等。在这种情况中，仍旧可实现在战实施例中相同的交媒。此外，对于战的实施例，描述了衝共的颜色过滤层91 (91，)和不可见舰滤 层95 (95')与图像传離70 —体的瞎况。然而，本发明不局限于此。ili乓作为类 似于颜色过滤层91 (91')(下面用可见皿滤器代表)的过滤器和作为类似于不可 见^31滤层95 (95，)(下面用不可见皿滤器代表)的过滤器与图像传感器70分开 的半M是可能的。在这种情况下，例如可见光过滤器设置在图4或图7所示的光学单 元22中的可见光的^l 各上的樹可^a，且不可见舰滤器设置在光学单元22中的不 可见光的光路上的任意位置。然而，考虑到放置到相对于成像器件50的光接收元件 80的位置的简单性，如果将这些过滤器放置到成像器件50的邻近区域中是,的。 在这种情况下的可见光过滤器和不可见皿滤器的过滤器结构可ffl31具有图3A和3B 或图6A和6B所示的相同结构的过滤器作为实例。在这种情况下，仍可实现上述实施例中相同的效果。另外，为第一实施例(参见图5)描述的摄像模式处理禾聘的处理流程也是一个实 例。显然，在不偏离本发明精神的范围内的对处理步骤的修改，对处理细节的修改， 去除不必要步骤，增加新步^^是可能的。另外，应用到第二实施例(参见图8)的画面转换信号和控制信号的时间表也是一 个实例。显然地，在不偏离本发明的精神的范围内可以适当的修改。本发明的第一方面，图像传^包括多个图像接收元件设置在与各自像素对应 的矩阵排列中的图像传繊内部，針光接收元件包括在前面的光接收表面以及根据 接收光的光数量在图像接收表面积累的电荷；以及电荷输出部件将在多个光接收元件 积累的电荷输出到图像传感器的外侧，构造图像传，以使JtA射到多个光接收元件 的后面上，且多^fc接收元件可根据在后面接收的光的光数量积累电荷。根据第一方面的图像传自，多个在其前面具有光接收表面的光接收元件，其相 应于各自像素且提供在图像传感器内部的矩阵中，根据在光接收表面收到的光的光数量积累电荷，且在多个光接收元件积累的电荷ilii电荷输出部件输出到图像传感器的外部。另外，构造本发明的图像传繊使得光在多个光接收元件的后面入射，Mii多个 光接收元件根据在后面接收的光的光数量积累电荷。也就是，在本发明中，根据上述结构，多个光接收元#^共在相应于各自像素的 以矩阵形式的图像传感器内部并根据接收的光的光数量积累电荷，并且形成多个光接 收元件以肖,接收穿过其前面和后面的光。因此，舰使不同波长的^/人单个图像传 感器的前面和后面入射捕获不同波长的光成为可能。这里，因为使用多个光接收元件 来接收从前面入射的光和从后面入射的光，所以不会导致图像灵敏度的降低、功耗和 成本的增加、装置尺寸的增加。而且，在本发明中，因为可使两入射光沿各自不同的 径在前面和后面_^射，所以也不会导致在两入射光的入射路径相同的情况下由 入射光聚焦距离的不同弓胞的聚焦特性的退化。
这样，因为根据第一方面的图像传感器， 在其前面具有光接收表面的多个光 接收元件，其Ji^在相应于各自像素的矩阵图案中的图像传感器内部且根据在光接收 表面接收光的光数量积累电荷，和电荷输出部件，，积累在多个光接收元件的电荷输出到外部，形成使得^A射在多个光接收元件的后面，同日报据在后面接收的光的 光数量由多赖接收元件积累电荷，在不导致成像灵tt降低、聚焦特性退化、功耗 和/舰本增加、鄉置尺寸增加的情况下，可成像不同波长的光的结构。第二方面，本发明可进一步包括设置在多个光接收元件前面一侧的第一 过滤器，第一过滤器传输预定波长的光并使预定波长的光入射在至少多个光接 收元件中的一些上；设置在多个光接收元件后面一侧的第二过滤器，第二过滤器传输不同于预定波长的波长的光且使不同于预定波长的波长的光入射在至 少多个光接收元件中的一些上。因此，使得具有相互不同预定波长的光可准确 地入射到在多个光接收元件的前面的光接收表面以及在后面的光接收表面。第三方面，iffil在n型半导m寸底上层叠P型阱衝共本发明的光接收元件，衬底的层厚度设置为育^^吏不同B页定波长的波长的光^lr的厚度，并在P型阱形成n型区。因此，仅n型半导懒寸底的层厚度不同于以往的固态成像器件，且可ffiil基本上 与以往固态成像器件相同的制造工艺制造图像传繊。然而，在这种情况下，n型半导術寸底的层厚度比以往的薄，结果使图像传繊的因此，第三方面可以像在第四方面一样，为增加强度衛將玻璃板。这样，可补 偿由于n型半导術寸底层厚度的减薄导致的3艘的蝌氐。如果可能，在第二至i腐四方面的任何一个中，如在第五方面中一样，预定波长可 以是可见光波长且不同于预定波长的波长是不可见光的波长，预定波长也可以是不可 见光的波长，且不同于预定波长的波长是可见光的波长。这样，可见光和不可见光都 可成像。第二到第五方面的任何的第一过滤器和第二过滤器，可像第六方面中的一样被构 造以便预定波长的^A射的目标的光接收元件的排列位置可与不同于预定波长的波长 的光的入射的目标的光接收元件的排列位置互相交替。结果，预定波长的光和不同于 预定波长的波长的光可同时M像。第二到第五方面的第一搶波器和第二滤波器可像在第七方面中的一样，被构造以便使衞彌目标的各自波长的光在所有多个光接收元件-LA射。因此，ma^交替成像预定波长的光和不同于预定波长的波长的光，可执行1OT所有多个光接收元件的 成像，结果可进一步改善成像灵 。另外，为了实5JLh^目标，第八方面的数字照相机包括第二到第七方面任意的 图像传感器；允许预定波长的^A射在图像传自前面上的前面入射部件；允许不同 于预定波长的^A射到图像传感器的后面上的后面入射部件；以及控审似从图像传感 器输出的电荷为基础执行摄像的控制部件。第八方面的数字照相机配有本发明的图像传感器。使预定波长的，过前面入射部件入射在图像传感器的前面，同时使不同于预定波长的波长的^lil后面入射部件入射在图像传離的后面。控制部f權制以便以从图像传繊输出的电荷为基础执行摄像。这样，根据第八方面的数字照相机，因为数字照相机包括本发明的图像传離， 同时使预定波长的光在图像传感器的前面入射，使得不同于预定波长的波长的光在图 像传離的后面入射且执行控制以便在相应于从图像传繊输出的电荷的基础上执行 摄像，类似于本发明的图像传 ，在不导致成像灵敏度下降、聚焦特性退化、功耗和/^w增加、或设备尺寸增加的情况下可成像不同波长的光。如果传,是第七方面的图像传感器，本发明的控制部件可以和在第九方面中的 一样，执行转换以便由于前面入射部件的光的入射和由于后面入射部件的光的入射连 续地交替，且执行控制以便与时间转换同步地读取相应积累在图像传,上的电荷。 这样，类似于第七方面，可进一步改善成像灵tt。另外，为了实IJLt^目标，第十方面的数字照相机包括第一方面的图像传繊；衝共在相应于图像传離的多个光接收元件的前面Hi冲的第一过滤器，传输预定波长的皿使得预定波长的^iA射在至少多个光接收元件中的一些上，第二滤波器,在相应于图像传麟的多个光接收元件的后面一顶仲，传输不同于预定波长的波长的皿使得不同于预定波长的波长的^A射在至少多个光接收元件中的一些上；允许预 定波长的光经由第一^t波器入射到图像传感器的前面上的前面入射部件；允许不同于 预定波长的波长的经由有第二、i^波器入射到图像传感器的后面上的后面入射部件；以 及控制以从图像传麟输出的电荷为基石舰行摄像的控制部件。提供具有本发明图像传感器的第十方面的数字照相机。使预定波长的光经由第一搶波器iKl前面入射部件入射在图像传，的前面，其$^共在相应于图像传 的多 个光接收元件的前面一侧并传输预定波长的光入射在至少多个光接收元件中的一些
上。其间，使不同于预定波长的波长的光经由第二滄波器ilil后面入射部件入射在图像传感器的后面，其Jli共在相应于图像传感器的多^:接收元件的后面Hi且^^不 同于预定波长的波长的^A射在至少多个光接收元件中的一些上。控制部fflS制以便 以从图像传,输出的电荷为基^m行摄像。这样，根据第十方面的数字照相机，因为包括本发明的图像传感器，同时使预定 波长的光经由第一it波器入射在传感器的前面，使不同于预定波长的波长的光经由第 二搶波器入射在图像传感器的后面且执行控帝似便以从图像传自输出的相应的电荷 为基础执行摄像，类似于本发明的图像传感器，在不导致成像灵敏度下降、聚焦特性 退化、功耗和/^*增加、或，尺寸增加的情况下可成像不同波长的光。根据本发明，在不导致成像灵敏度下降、聚焦特性退化、功耗M本增加、或装 置尺寸增加的情况下可获得提供图像传，和冑,成像不同波长的光的数字照相机的 效果。
权利要求
1、 一种图像传繊，包括设置在相应于各自像素的矩阵排列中的图像传繊内的多钱接收元件， 接收元件包括在前面的光接收表面并根据在光接收表面接收的 量积累电荷；以及将在多B接收元件积累的电荷输出到图像传感器的外部的电荷输出部件，其中 图像传^H皮构成为使得^A射在多賴接收元件的后面上，以及多U接收元件會激根据在后面接收的光数量积累电荷。
2、 丰又利要求l的图像传自，进一步包括设置在多^6接收元件的前面HPI'J的第一过滤器，第一过ii器ftW定波长的光 并使得预定波长的^A射在至少多^:接收元件中的一些上；以及设置在多赖接收元件的后面一顶啲第二搶波器，第二搶波IM彌不同于预定波 长的波长的光并使得不同于预定波长的波长的光入射在至少多个光接收元件中的一些 上。
3、 权利要求2的图像传繊，其中舰在n型半导術寸底上层叠p型TOIi共光接收元件，衬底的层厚度设置为能fHr不同于预定波长的波长的光的厚度，且在P型阱形成n型区域。
4、 权利要求3的图像传繊，其中为了增加5驢在后面樹共鹏板。
5、 权利要求2的图像传感器，其中预定波长可以是可见光的波长且不同于预定 波长的波长是不可见光的波长，预定波长也可以是不可见光的波长且不同于预定波长的波长是可见光的波长。
6、 权利要求2的图像传感器，其中设置第一it波器和第二^t波器以便预定波长 的光的入射目标的光接收元件的排列位置与不同于预定波长的波长的光的入射目标的 光接收元件的排列〗iS相互交替。
7、 权利要求2的图像传繊，其中设置第一搶波器和第二搶波器以便使各自的 ftlf目标的波长的^A射在所有多^fi接收元件上。
8、 一种数字照相机，包括 图像传繊 前面入射部件； 后面入射部件；以及控制部件，其中 图像传^^括體在相应于各自像素的矩阵排列中的图像传繊内部的多个光接收元件，光接收元件包括前面的光接收表面并且根据在光接收表面接收的，ffiR累电荷； 将积累在多^:接收元件的电荷输出到图像传繊外部的电荷输出部件； 设置在多钱接收元件的前面Hi的第H^滤器，第一过滤^ft^lf员定波长的光荆吏得预定波长的^A射在至少多^Ht接收元件中的一些上；以及设置在多倾接收元件的后面一侧的第二过滤器，第二过滤tl^lr不同^f页定波长的波长的光并使得不同于预定波长的波长的光入射在至少多个光接收元件中的一些 上，图像传lifH皮构成为使得光MA射在多赖接收元件的后面上，图像传感器的多^接收元件可根据在后面接收的光数a^R累电荷，前面入射部件允许预定波长的^A射在图像传自的前面上， 后面入射部件允许不同于预定波长的波长的光入射在图像传感器的后面上，以及 控制部fm制使得以从图像传,输出的电荷为基础执行摄像。
9、 权利要求8的数字照相机，其中3Iil在n型半导術寸底上层叠p型(tJ^光 接收元件，衬底的层厚度被设置为能传输不同于预定波长的波长的光的厚度，且在p 型阱形成n型区域。
10、 权利要求9的数字照相机，其中为增加 艘在后面上衝共鹏板。
11、 权利要求8的数字照相机，其中预定波长可以是可见光的波长且不同于预定波长的波长是不可见光的波长， ^波长也可以是不可见光的波长且不同于预定波长的波长是可见光的波长。
12、 权利要求8的数字照相机，其中第一搶波器和第二滤波親皮构成为以便预定 波长的光的入射目标的光接收元件的排列位置与不同于预定波长的波长的光的入射目 标的光接收元件的排列位置相互交替。
13、 权利要求8的数字照相机，其中第一滤波器和第二滤波皿构成为以便使各 自的4 目标的波长的光在戶万有多^t接收元件入射。
14、 权利要求13的数字照相机，其中控制部ffl^行转换以便由前面入射部件入 射的光和由后面入射部件入射的雌续地交替，且执行控制以便与时间转换同频取 相应地积累在图像传感器的电荷。
15、 数字照相机，包括 图像传麟；第一繊器；第二微器；前面入射部件；后面入射部{牛；以及控制部件，其中图像传^S括设置在相应于各自像素的矩阵排列中的图像传繊内部的多个光接收元件，針 光接收元件包括在前面的光接收表面并且根据在光接收表面接收到的光数量积累电 荷；以及将积累在多賴接收元件上的电荷输出到图像传離外部的电荷输出部件，图像传^m皮构成为使得^A射在多个光接收元件的后面上，图像传S^的多^接收元件可根据在后面接收的光数量积累电荷， 相应于图像传感器的多n接收元件的前面H则衝共第一搶波器，^!ff页定波长的光并使得预定波长的^A射在至少多^bt接收元件中的一些上，相应于图像传ii^的多^6接收元件后面Hi掛共第二滤波器，^^不同于预定波长的波长的皿使得不同于预定波长的波长的^A射在至少多个光接收元件中的一 些上，前面入射部件允许预定波长的光经由第一搶波器入射在图像传，的前面上， 后面入射部件允许不同于预定波长的波长的光经由第二滤波器入射在图像传感 器的后面上，且控制部4瞎帝似便以从图像传繊输出的电荷为基5舰行摄像。
全文摘要
本发明提供一种图像传感器包括多个光接收元件和电荷输出部件。多个光接收元件设置在相应于各自像素的矩阵排列中的图像传感器内部。每个光接收元件包括在前面的光接收表面以及根据在光接收表面接收的光数量积累电荷。电荷输出部将积累在多个光接收元件上的电荷输出到图像传感器的外部。设置图像传感器使得光入射在多个光接收元件的后面上。多个光接收元件可根据在后面接收的光数量积累电荷。
文档编号H04N5/33GK101146182SQ20071014634
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月6日 优先权日2006年9月14日
发明者渡边干夫 申请人:富士胶片株式会社