JP2012084649A

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Publication number: JP2012084649A
Application number: JP2010228542A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Aihara; 聡相原; Masaru Kanazawa; 勝金澤
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-26

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】本発明は、輝度情報及びカラー情報を十分に取得することができ、高感度と良好な色再現性を両立できる積層型撮像素子を提供することを目的とする。
【解決手段】入力光を受光し、光学像の輝度成分を取得する第１の撮像素子１０と、
該第１の撮像素子の背面側に配置され、該第１の撮像素子を透過した透過光を受光し、前記光学像の色成分を取得する第２の撮像素子７０とを有し、
前記第２の撮像素子のサブピクセル７１の面積は、前記第１の撮像素子のピクセル１１の面積の２倍、３倍又は４倍であることを特徴とする
【選択図】図２An object of the present invention is to provide a multilayer imaging device that can sufficiently acquire luminance information and color information and can achieve both high sensitivity and good color reproducibility.
A first imaging element that receives input light and acquires a luminance component of an optical image;
A second image sensor 70 disposed on the back side of the first image sensor, receiving transmitted light transmitted through the first image sensor, and acquiring a color component of the optical image;
The area of the sub-pixel 71 of the second image sensor is twice, three times, or four times the area of the pixel 11 of the first image sensor.

Description

Translated fromJapanese

本発明は、積層型撮像素子に関し、特に、光学像の輝度成分を取得する第１の撮像素子と、光学像の色成分を取得する第２の撮像素子とを有する積層型撮像素子に関する。 The present invention relates to a multilayer image sensor, and more particularly, to a multilayer image sensor having a first image sensor that acquires a luminance component of an optical image and a second image sensor that acquires a color component of an optical image.

従来から、ビデオカメラやデジタルスチルカメラに用いられ、小型軽量で信頼性に優れる電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）や、相補型金属−酸化物半導体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor：ＣＭＯＳ）等の固体撮像素子が知られている。かかる固体撮像素子からカラー画像を取得する場合には、予め色成分に分離された光を、固体撮像素子に入射する必要がある。カラー撮像の色分離方式については種々の方法が知られているが、１枚の固体撮像素子を用い、その受光面に設けられた画素毎に、複数種類の色フィルタを離散的に設けた構造の単板カラー撮像方式が主流となっている。 Conventionally used in video cameras and digital still cameras, such as small and light charge-coupled devices (CCD), complementary metal-oxide semiconductors (CMOS), etc. Solid-state imaging devices are known. When acquiring a color image from such a solid-state image sensor, it is necessary to make light previously separated into color components incident on the solid-state image sensor. Various methods are known for the color separation method of color imaging, but a structure using a single solid-state imaging device and a plurality of types of color filters discretely provided for each pixel provided on the light receiving surface The single-plate color imaging method is the mainstream.

図１は、そのような、従来から利用されている単板カラー撮像方式の一例を示した図である。図１に示す単板カラー撮像方式は、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を透過するフィルタをストライプ状に配置し、ＲＧＢの各サブピクセル１個ずつで１画素を形成した構成のＲＧＢストライプ方式となっている。 FIG. 1 is a diagram showing an example of such a single-plate color imaging method that has been conventionally used. In the single-plate color imaging method shown in FIG. 1, filters that transmit red (R), green (G), and blue (B), which are the three primary colors of light, are arranged in stripes, and each RGB subpixel is one by one. The RGB stripe method has a configuration in which one pixel is formed.

しかしながら、かかるＲＧＢストライプ方式では、１画素に入射する光量のうち、各サブピクセルで利用できる割合は、面積で全体の１／３である。また、各サブピクセルには、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれか１色しか入射しないため、各色に対応する波長以外の光はカットされ、波長でも全体の１／３となる。結局、各サブピクセルでは、１画素に入射する光量の１／３×１／３＝１／９しか利用できないことになる。ここで、利用できる光量の減少は、特に低照度下での感度低下の原因となる。加えて、特に近年、撮像素子の画素ピッチの微細化が進んでおり、画素サイズが小さくなると、１画素に入る光の強度自体が減少することから、感度低下は大きな問題となっている。 However, in such an RGB stripe method, the proportion of the amount of light incident on one pixel that can be used by each sub-pixel is 1/3 of the entire area. In addition, since only one of R, G, and B is incident on each sub-pixel, light other than the wavelength corresponding to each color is cut, and the wavelength becomes 1/3 of the whole. After all, in each sub-pixel, only 1/3 × 1/3 = 1/9 of the amount of light incident on one pixel can be used. Here, a decrease in the amount of light that can be used causes a decrease in sensitivity, particularly under low illuminance. In addition, particularly, in recent years, the pixel pitch of the image sensor has been miniaturized, and when the pixel size is reduced, the intensity of light entering one pixel itself is reduced, so that a reduction in sensitivity is a serious problem.

この問題を解決するため、撮像素子を２層構造とし、上部素子で色成分を取得し、下部素子で輝度成分を取得する方法を用いたカラー撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このカラー撮像装置では、上部素子にＲ、Ｇ、Ｂの色成分のみに感度を有するとともに、光吸収率が１０〜５０％程度である有機光電変換膜を離散的に配置し、下部素子には一般的な撮像素子として用いられているＣＭＯＳイメージセンサ等を配置している。そして、上部素子で色成分を取得し、下部素子で、上部素子の有機光電変換膜を透過した５０〜９０％の光成分を、輝度成分として取得する構成としている。 In order to solve this problem, there has been proposed a color imaging apparatus using a method in which an imaging element has a two-layer structure, a color component is acquired by an upper element, and a luminance component is acquired by a lower element (for example, Patent Document 1). reference). In this color imaging device, organic photoelectric conversion films having sensitivity to only the R, G, and B color components in the upper element and having an optical absorptance of about 10 to 50% are discretely arranged, and the lower element is arranged in the lower element. A CMOS image sensor or the like used as a general image sensor is arranged. And it is set as the structure which acquires 50 to 90% of light components which permeate | transmitted the organic photoelectric conversion film | membrane of the upper element as a luminance component by acquiring a color component with an upper element.

特開２００９−１３０２３９号公報JP 2009-130239 A

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、上部素子でＲ、Ｇ、Ｂ成分の一部が吸収されるため、下部素子では、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分の一部が欠落した情報が輝度成分として取得されることになり、入射光像本来の輝度成分を再現することが難しいという問題があった。 However, in the configuration described in Patent Document 1, a part of the R, G, and B components are absorbed by the upper element, and therefore, information that lacks part of the R, G, and B components is lost in the lower element. There is a problem that it is difficult to reproduce the original luminance component of the incident light image.

また、特許文献１に記載の構成において、１画素に入射する光量のうち、各サブピクセルで利用できる割合を、上部素子の透過率が５０％、上部素子の色分離配列がＲＧＢストライプ方式の場合で考えると、上部素子と下部素子の画素数が一致した構造であることから、下部輝度素子では１／２の利用率である一方、上部色素子では１／６（光量で１／２、面積で１／１、波長で１／３）に留まる。このため、色素子での光利用率が必ずしも十分でなく、特に低照度時における色再現性等が十分でない等の問題があった。 In the configuration described in Patent Document 1, the ratio of the amount of light incident on one pixel that can be used by each sub-pixel is determined when the upper element transmittance is 50% and the upper element color separation array is the RGB stripe method. Considering that the number of pixels of the upper element and the lower element is the same, the lower luminance element has a utilization factor of 1/2, while the upper color element has 1/6 (1/2 the light amount, the area) At 1/1 and 1/3 wavelength. For this reason, the light utilization rate in the color element is not necessarily sufficient, and there is a problem that color reproducibility and the like at low illuminance are not sufficient.

そこで、本発明は、輝度情報及びカラー情報を十分に取得することができ、高感度と良好な色再現性を両立できる積層型撮像素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multilayer image sensor that can sufficiently acquire luminance information and color information, and can achieve both high sensitivity and good color reproducibility.

上記目的を達成するため、第１の発明に係る積層型撮像素子は、入射光を受光し、光学像の輝度成分を取得する第１の撮像素子と、
該第１の撮像素子の背面側に配置され、該第１の撮像素子を透過した透過光を受光し、前記光学像の色成分を取得する第２の撮像素子とを有し、
前記第２の撮像素子のサブピクセルの面積は、前記第１の撮像素子のピクセルの面積の２倍、３倍又は４倍であることを特徴とする
これにより、入射光の色成分に変化が生じない段階で輝度成分を取得することができるため、十分に輝度成分を取得することができるとともに、面積の大きなサブピクセルを有する第２の撮像素子を用いて色成分の１サブピクセル当たりの光量を高めることができ、高感度と良好な色再現性を両立させることができる。In order to achieve the above object, a multilayer imaging device according to a first aspect of the present invention includes a first imaging device that receives incident light and acquires a luminance component of an optical image;
A second imaging element that is disposed on the back side of the first imaging element, receives transmitted light that has passed through the first imaging element, and acquires a color component of the optical image;
The area of the sub-pixel of the second image sensor is 2 times, 3 times, or 4 times the area of the pixel of the first image sensor, thereby changing the color component of the incident light. Since the luminance component can be acquired at a stage where it does not occur, the luminance component can be sufficiently acquired, and the amount of light per one sub-pixel of the color component can be obtained using the second imaging element having a large-area sub-pixel. Therefore, both high sensitivity and good color reproducibility can be achieved.

第２の発明は、第１の発明に係る積層型撮像素子において、
前記第２の撮像素子の前記サブピクセル間の境界線が、前記第１の撮像素子の前記ピクセル間の境界線に重なるように前記第２の撮像素子の前記サブピクセルが配置されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a multilayer imaging device according to the first aspect,
The sub-pixels of the second image sensor are arranged so that a boundary line between the sub-pixels of the second image sensor overlaps a boundary line between the pixels of the first image sensor. And

これにより、第１の撮像素子と第２の撮像素子のバランス調整を容易に行うことができ、撮像時の色成分の演算処理を容易に行うことができる。 Thereby, the balance adjustment of the 1st image sensor and the 2nd image sensor can be performed easily, and the calculation processing of the color component at the time of imaging can be performed easily.

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る積層型撮像素子において、
前記第２の撮像素子の前記サブピクセルは、垂直方向のサイズが水平方向のサイズの２倍、３倍又は４倍であることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a multilayer imaging device according to the first or second aspect of the invention.
The sub-pixel of the second image sensor has a vertical size that is twice, three times, or four times the horizontal size.

これにより、色成分取得用のサブピクセルを、縦長の形状とし、各色間の成分調整を行い易い画素形状とすることができる。 As a result, the color component acquisition sub-pixel can have a vertically long shape, and can have a pixel shape that facilitates component adjustment between colors.

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る積層型撮像素子において、
前記第２の撮像素子の前記サブピクセルは、同一色用の前記サブピクセルが同一列に配置されたストライプ配列であることを特徴とする。4th invention is the multilayer image pick-up element which concerns on any one of 1st-3rd invention,
The sub-pixels of the second image sensor have a stripe arrangement in which the sub-pixels for the same color are arranged in the same column.

これにより、各色成分間の調整を行い易いストライプ型のサブピクセル配列とすることができ、色成分の調整を容易に行うことができる。 Thereby, it is possible to obtain a stripe-type sub-pixel arrangement that facilitates adjustment between the color components, and the color components can be easily adjusted.

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る積層型撮像素子において、
前記第１の撮像素子の光透過率は、３０〜６０％であることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the multilayer image sensor according to any one of the first to fourth aspects,
The first image sensor has a light transmittance of 30 to 60%.

これにより、輝度用素子で利用する入射光の光量と、色用素子で利用する光量をバランス良く調整することができ、高感度と良好な色再現性を両立させて実現することができる。 As a result, the amount of incident light used by the luminance element and the amount of light used by the color element can be adjusted with good balance, and both high sensitivity and good color reproducibility can be realized.

第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る積層型撮像素子において、
前記第１の撮像素子は、可視領域の総ての波長領域において感度を有することを特徴とする。A sixth aspect of the invention relates to the multilayer image sensor according to any one of the first to fifth aspects of the invention,
The first image sensor has sensitivity in all wavelength regions of the visible region.

これにより、可視領域の総ての波長領域について輝度情報を取得することができ、実物に対して再現性の高い画像を取得することができる。 Thereby, luminance information can be acquired about all the wavelength regions of a visible region, and an image with high reproducibility can be acquired with respect to the real thing.

第７の発明は、第１〜６のいずれかの発明に係る積層型撮像素子において、
前記第１の撮像素子は、光電変換膜を含むことを特徴とする。A seventh aspect of the invention relates to the multilayer image sensor according to any one of the first to sixth aspects of the invention.
The first image sensor includes a photoelectric conversion film.

第８の発明は、第１〜７のいずれかの発明に係る積層型撮像素子において、
前記第１の撮像素子よりも前記入力光の入射側寄りに撮影レンズを更に有し、
該撮影レンズの焦点は、前記第１の撮像素子に合わせたことを特徴とする。An eighth invention is a multilayer imaging device according to any one of the first to seventh inventions,
A photographing lens further closer to the incident side of the input light than the first image sensor;
The focus of the photographic lens is characterized by being adjusted to the first image sensor.

これにより、適切な焦点深度を設定することができ、第１の撮像素子と第２の撮像素子の間隔を適切に定めることができる。 Thereby, an appropriate depth of focus can be set, and the interval between the first image sensor and the second image sensor can be determined appropriately.

本発明によれば、光学像の輝度成分と色成分をバランスよく取得することができ、高感度と良好な色再現性を両立させて撮像を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to acquire a luminance component and a color component of an optical image with a good balance, and it is possible to perform imaging while achieving both high sensitivity and good color reproducibility.

従来から利用されている単板カラー撮像方式の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the single plate color imaging system utilized conventionally.本発明の実施形態１に係る積層型撮像素子の一例の全体構成図である。図２（Ａ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の一例の側面構成図である。図２（Ｂ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の輝度用素子のピクセルの平面構成図である。図２（Ｃ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の色用素子のサブピクセルの平面構成図である。1 is an overall configuration diagram of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a side configuration diagram of an example of the multilayer imaging element according to the first embodiment. FIG. 2B is a plan configuration diagram of pixels of a luminance element of the multilayer imaging element according to the first embodiment. FIG. 2C is a plan configuration diagram of sub-pixels of the color element of the multilayer imaging element according to the first embodiment.本実施形態に係る積層型撮像素子の入力像の焦点についての説明図である。It is explanatory drawing about the focus of the input image of the multilayer image sensor concerning this embodiment.本発明の実施形態２に係る積層型撮像素子の一例の平面構成図である。図４（Ａ）は、実施形態２に係る積層型撮像素子の輝度用素子のピクセルの平面構成図である。図４（Ｂ）は、実施形態２に係る積層型撮像素子の色用素子のサブピクセルの平面構成図である。It is a plane block diagram of an example of the multilayer image sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. FIG. 4A is a plan configuration diagram of pixels of a luminance element of the multilayer imaging element according to the second embodiment. FIG. 4B is a plan configuration diagram of subpixels of the color element of the multilayer imaging element according to the second embodiment.本発明の実施形態３に係る積層型撮像素子の一例の平面構成図である。図５（Ａ）は、実施形態３に係る積層型撮像素子の輝度用素子のピクセルの平面構成図である。図５（Ｂ）は、実施形態３に係る積層型撮像素子の色用素子のサブピクセルの平面構成図である。It is a plane block diagram of an example of the multilayer image sensor which concerns on Embodiment 3 of this invention. FIG. 5A is a plan configuration diagram of pixels of a luminance element of the multilayer imaging element according to the third embodiment. FIG. 5B is a plan configuration diagram of sub-pixels of the color element of the multilayer imaging element according to the third embodiment.本発明の実施形態４に係る積層型撮像素子の一例の断面構成図である。It is a section lineblock diagram of an example of a lamination type image sensor concerning Embodiment 4 of the present invention.本発明の実施形態５に係る積層型撮像素子の一例の断面構成図である。It is a section lineblock diagram of an example of a lamination type image sensor concerning Embodiment 5 of the present invention.本発明の実施形態６に係る積層型撮像素子の一例の断面構成図である。It is a section lineblock diagram of an example of a lamination type image sensor concerning Embodiment 6 of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

〔実施形態１〕
図２は、本発明の実施形態１に係る積層型撮像素子の一例の全体構成を示した図である。図２（Ａ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の一例の側面構成を示した図である。Embodiment 1
FIG. 2 is a diagram illustrating an overall configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a side configuration of an example of the multilayer imaging element according to the first embodiment.

図２（Ａ）において、実施形態１に係る積層型撮像素子は、輝度用素子１０と、色用素子７０とを備える。輝度用素子１０は、光の入射側に配置されており、入射光を受光する。色用素子７０は、輝度用素子１０の背面側に配置されており、輝度用素子１０を透過した透過光を受光するように構成されている。 In FIG. 2A, the multilayer imaging element according to the first embodiment includes a luminance element 10 and a color element 70. The luminance element 10 is disposed on the light incident side and receives incident light. The color element 70 is disposed on the back side of the luminance element 10 and is configured to receive the transmitted light transmitted through the luminance element 10.

実施形態１に係る積層形撮像素子は、輝度用素子１０を入射光側に配置し、その背面に色用素子７０を配置したことで、まず輝度成分を輝度用素子１０で優先的に取得することができる。これにより、十分な輝度信号を取得することができる。また、輝度用素子１０では、入射光の総ての波長領域からほぼ一様に輝度成分を取得するため、入射光の波長成分の比率は維持したまま、透過光を出力することができる。よって、輝度用素子１０の透過光を受光する色用素子７０は、利用できる光量は減少するものの、各色の波長領域における光量分布は一定であるので、入射光の波長分布に基づいて色成分を取得することができ、各色間におけるバランスを適切に保った状態で色成分を取得することができる。 In the multilayer imaging element according to the first embodiment, the luminance element 10 is arranged on the incident light side, and the color element 70 is arranged on the back surface thereof. be able to. Thereby, a sufficient luminance signal can be acquired. Further, since the luminance element 10 obtains luminance components almost uniformly from all wavelength regions of incident light, transmitted light can be output while maintaining the ratio of the wavelength components of incident light. Therefore, the color element 70 that receives the transmitted light of the luminance element 10 reduces the amount of light that can be used, but the light amount distribution in the wavelength region of each color is constant, so that the color component is determined based on the wavelength distribution of the incident light. The color components can be acquired in a state where the balance between the colors is appropriately maintained.

図２（Ｂ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の輝度用素子１０のピクセル１１の平面構成の一例を示した図であり、図２（Ｃ）は、実施形態１に係る積層型撮像素子の色用素子７０のサブピクセル７１の平面構成の一例を示した図である。 FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a planar configuration of thepixel 11 of the luminance element 10 of the multilayer imaging device according to the first embodiment, and FIG. 2C is a multilayer configuration according to the first embodiment. It is a figure showing an example of the plane composition ofsub pixel 71 of color element 70 of an image sensor.

図２（Ｂ）に示すように、輝度用素子１０は、３Ｎ×３Ｍ画素（Ｎ、Ｍは自然数）のピクセル（画素）１１で構成される。一方、図２（Ｃ）に示すように、色用素子７０は、３Ｎ×Ｍ画素のサブピクセル（副画素）７１で構成され、１つのサブピクセル７１の面積は、輝度用素子のピクセル１１の３倍の大きさとなっている。 As shown in FIG. 2B, the luminance element 10 is composed of pixels (pixels) 11 of 3N × 3M pixels (N and M are natural numbers). On the other hand, as shown in FIG. 2C, the color element 70 is composed of 3N × M pixel sub-pixels (sub-pixels) 71, and the area of onesub-pixel 71 is theluminance element pixel 11. It is three times as large.

色用素子７０の各サブピクセル７１の前面には、同色のＲ、Ｇ又はＢのカラーフィルタをストライプ状に形成している。よって、各色のサブピクセル７１の数は、Ｎ×Ｍ画素となる。かかる構成とすると、色用素子７０の各色の解像度は、輝度用素子１０の解像度と比較して、（１／３）×（１／３）＝１／９と低くなるが、人間の眼の視覚特性により、色は輝度の（１／４）×（１／４）＝１／１６程度であっても、実用上問題無いことが知られている。よって、色用素子７０の解像度は、輝度用素子１０とのバランスにおいて、実用上問題の無いレベルに設定されている。 R, G, or B color filters of the same color are formed in stripes on the front surface of eachsubpixel 71 of the color element 70. Therefore, the number ofsub-pixels 71 for each color is N × M pixels. With this configuration, the resolution of each color of the color element 70 is lower than the resolution of the luminance element 10 as (1/3) × (1/3) = 1/9. It is known from the visual characteristics that even if the color is about (1/4) × (1/4) = 1/16 of the luminance, there is no practical problem. Therefore, the resolution of the color element 70 is set to a level that causes no practical problem in balance with the luminance element 10.

輝度用素子１０は、入射光のうち、可視光成分領域（波長３８０ｎｍ付近〜７８０ｎｍ付近の波長範囲）において、一様に４０〜７０％の範囲の強度の光を吸収して輝度信号を出力するとともに、残りの可視光を一様に透過させる。輝度用素子１０を透過した光は色用素子７０に入射し、カラーフィルタでＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に分光された後、それぞれのサブピクセル７１の色信号として出力される。 The luminance element 10 uniformly absorbs light having an intensity in the range of 40 to 70% in the visible light component region (wavelength range near wavelength 380 nm to 780 nm) of incident light and outputs a luminance signal. At the same time, the remaining visible light is uniformly transmitted. The light transmitted through the luminance element 10 enters the color element 70, is split into R, G, and B color components by the color filter, and is then output as a color signal of eachsubpixel 71.

なお、輝度用素子１０の透過率は、３０〜６０％であることが好ましいが、３０〜５５％であることがより好ましく、４０〜５０％程度であることが更に好ましく、５０％程度であることが特に好ましい。基本的に、輝度用素子１０と色用素子７０の光の利用率は、両者で１：１となることが好ましいので、輝度用素子１０の光透過率は５０％程度であることが好ましいが、色用素子７０で色成分が十分に取得できる場合には、輝度成分の利用率（＝１００−透過率）を５０％よりも若干高くするようにしてもよい。輝度用素子１０の透過率は、このような観点から、用途、色用素子７０とのバランス等を考慮して、適宜好ましい透過率に設定することができる。 Note that the transmittance of the luminance element 10 is preferably 30 to 60%, more preferably 30 to 55%, still more preferably about 40 to 50%, and about 50%. It is particularly preferred. Basically, the light utilization factor of the luminance element 10 and the color element 70 is preferably 1: 1 for both, so that the light transmittance of the luminance element 10 is preferably about 50%. When the color component 70 can sufficiently acquire the color component, the luminance component utilization factor (= 100−transmittance) may be slightly higher than 50%. From such a viewpoint, the transmittance of the luminance element 10 can be appropriately set to a preferable transmittance in consideration of the use, balance with the color element 70, and the like.

本実施形態に係る積層型撮像素子と、従来のＲＧＢストライプ方式での撮像素子とについて、図２（Ａ）に示した３Ｎ×３Ｍ画素のうち、１画素に入射する光量を１として、光の利用率を比較する。従来のＲＧＢストライプ方式で３Ｎ×３Ｍ画素のカラー撮像画像を得るためには、３Ｎ×３Ｍ×３サブピクセルが必要となる。その際、１画素に入射する光量のうち、各色のサブピクセルで利用できる光は、既に説明した通り、面積で１／３、各色の波長で１／３となり、全体では１／３×１／３＝１／９となる。 For the stacked image sensor according to the present embodiment and the image sensor of the conventional RGB stripe method, the amount of light incident on one pixel of the 3N × 3M pixels shown in FIG. Compare usage rates. In order to obtain a color captured image of 3N × 3M pixels by the conventional RGB stripe method, 3N × 3M × 3 subpixels are required. At that time, out of the amount of light incident on one pixel, the light that can be used in the subpixels of each color is 1/3 in area and 1/3 in the wavelength of each color, as described above. 3 = 1/9.

一方、本実施形態に係る積層型撮像素子では、３Ｎ×３Ｍ画素のカラー撮像画像を得るために必要なサブピクセル数は、３Ｎ×３Ｍ（輝度用素子）＋３Ｎ×Ｍ（色用素子）＝３Ｎ×４Ｍである。輝度用素子１０では、総ての可視波長領域の光を４０〜７０％吸収するため、利用できる光は、６０〜３０％となる。ここで、例えば、輝度用素子１０の光吸収率を５０％とすると、色用素子７０で利用できる光量は１／２となる。一方、色用素子７０については、入射する光量自体が１／２、各色の波長で１／３となるが、面積が輝度用素子１０の３倍であるため、結局、色用素子７０でも１／２の光量を利用することができる。よって、従来のＲＧＢストライプ方式と比較しても、特許文献１に記載した方式の輝度用素子で１／２、色用素子で１／６の光利用率と比較しても、感度や色再現性の向上が期待できる。 On the other hand, in the stacked image sensor according to the present embodiment, the number of subpixels necessary to obtain a color captured image of 3N × 3M pixels is 3N × 3M (luminance element) + 3N × M (color element) = 3N. × 4M. Since the luminance element 10 absorbs 40 to 70% of light in the entire visible wavelength region, the available light is 60 to 30%. Here, for example, if the light absorptance of the luminance element 10 is 50%, the amount of light that can be used by the color element 70 is ½. On the other hand, with respect to the color element 70, the incident light quantity itself is ½, and the wavelength of each color is 、. However, since the area is three times that of the luminance element 10, the color element 70 is eventually 1 A light quantity of / 2 can be used. Therefore, even if compared with the conventional RGB stripe method, and compared with the light utilization factor of 1/2 in the luminance element of the method described in Patent Document 1 and 1/6 in the color element, the sensitivity and color reproduction. The improvement of sex can be expected.

図３は、本実施形態に係る積層型撮像素子の入力像の焦点について説明するための図である。図３において、撮影レンズ１００と、撮影レンズ１００による焦点Ｐと、撮影レンズ１００の焦点深度Ｄが示されている。焦点深度Ｄは、撮像画像のピントが合って見える許容範囲を意味する。撮影レンズ１００は、本実施形態に係る積層型撮像素子の前方、つまり入射光側に配置される。 FIG. 3 is a diagram for explaining the focus of the input image of the multilayer image sensor according to the present embodiment. In FIG. 3, the photographinglens 100, the focal point P by the photographinglens 100, and the focal depth D of the photographinglens 100 are shown. The depth of focus D means an allowable range in which a captured image looks in focus. Thephotographic lens 100 is disposed in front of the multilayer imaging device according to the present embodiment, that is, on the incident light side.

図３に示す入力像の焦点Ｐは、入射光側に配置された輝度用素子１０に焦点を合わせることが好ましい。つまり、入力像の焦点Ｐが、色用素子７０ではなく、輝度用素子１０の位置に合うように撮影レンズ１００を設定することが好ましい。具体的には、例えば、輝度用素子１０が光電変換膜等の受光素子を備える場合には、かかる受光素子の厚さ方向の中心付近が、焦点深度Ｄの範囲内に位置するように設定すればよい。 The focus P of the input image shown in FIG. 3 is preferably focused on the luminance element 10 arranged on the incident light side. That is, it is preferable to set thephotographic lens 100 so that the focus P of the input image matches the position of the luminance element 10 instead of the color element 70. Specifically, for example, when the luminance element 10 includes a light receiving element such as a photoelectric conversion film, the vicinity of the center of the light receiving element in the thickness direction is set within the range of the focal depth D. That's fine.

焦点Ｐを色用素子７０ではなく輝度用素子１０側に合わせるのは、色用素子７０については、多少、受光面がレンズの結像面から光軸方向にずれている状態であり、デフォーカスしている方が偽色の発生を抑制することができるからである。色用素子７０上でデフォーカスしている場合、他色の周辺画素領域の色成分も混入するため、画素近傍の平均の色成分を撮像するという目的に合致する。つまり、色用素子７０に焦点Ｐが合っていると、カラーフィルタで各色の波長成分にほぼ完全に分光され、他の色はほぼ完全に遮蔽されてしまうが、デフォーカスして若干ボケていれば、周辺の他色のカラーフィルタからクロスするように入射する色成分を各色用ピクセル７１で受光することができ、より広い領域を平均化させた色成分を有する状態で透過光を受光することができるからである。また、上述のように、色成分は、輝度成分の（１／４）×（１／４）＝１／１６程度の解像度でも視覚上の問題が無いため、デフォーカスの程度も輝度成分の画素１１の４×４＝１６倍程度までの範囲で、任意に設定することができる。 The focus P is adjusted not to the color element 70 but to the luminance element 10 side because the light receiving surface of the color element 70 is slightly shifted from the lens imaging surface in the optical axis direction. This is because the generation of false colors can be suppressed. When defocusing is performed on the color element 70, the color components of the peripheral pixel regions of other colors are also mixed in, so that the purpose of imaging the average color component in the vicinity of the pixels is met. In other words, when the color element 70 is in focus P, the color filter almost completely separates the wavelength components of each color and the other colors are almost completely shielded, but they are defocused and slightly blurred. For example, eachcolor pixel 71 can receive color components incident so as to cross from surrounding color filters of other colors, and can receive transmitted light in a state having color components obtained by averaging a wider area. Because you can. In addition, as described above, since the color component has no visual problem even at a resolution of (1/4) × (1/4) = 1/16 of the luminance component, the degree of defocus is the pixel of the luminance component. 11 can be arbitrarily set within a range up to 4 × 4 = 16 times.

撮影レンズ１００の焦点深度Ｄは、レンズの絞り値Ｆ、許容錯乱円（画素ピッチ）δと（１）式の関係にある。なお、レンズの絞り値Ｆは、レンズの大きさに対する絞りの大きさを示す調整値であり、許容錯乱円は、撮像画像のピントが合っているように見える領域の広さを示す値である。 The depth of focus D of thephotographic lens 100 is in the relationship of the lens aperture value F, allowable circle of confusion (pixel pitch) δ, and equation (1). The aperture value F of the lens is an adjustment value that indicates the size of the aperture with respect to the size of the lens, and the allowable circle of confusion is a value that indicates the size of a region where the captured image appears to be in focus. .

（１）式に従えば、輝度用素子１０の画素ピッチが５μｍ、撮影レンズ１００のＦ値を１．７としたとき、焦点深度Ｄは１７μｍとなるが、許容錯乱円を画素ピッチの４倍にとれば、焦点深度Ｄは６７μｍとなる。よって、輝度用素子１０の画素ピッチが５μｍのときには、輝度用素子１０の撮像面と色用素子７０の撮像面の距離は６７μｍ以下に設定すればよい。

According to equation (1), when the pixel pitch of the luminance element 10 is 5 μm and the F value of the photographinglens 100 is 1.7, the depth of focus D is 17 μm, but the permissible circle of confusion is four times the pixel pitch. In this case, the depth of focus D is 67 μm. Therefore, when the pixel pitch of the luminance element 10 is 5 μm, the distance between the imaging surface of the luminance element 10 and the imaging surface of the color element 70 may be set to 67 μm or less.

次に、本実施例に係る積層型撮像素子の信号処理について詳細に説明する。色用素子７０のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの振動出力を内挿して、輝度用素子１０の画素１１の位置と対応させたものをＲｃ（ｉ，ｊ）、Ｇｃ（ｉ，ｊ）、Ｂｃ（ｉ，ｊ）とする。ここで、（ｉ，ｊ）は画素位置を表す。画素（ｉ，ｊ）に対応する輝度用素子１０の出力をＬ（ｉ，ｊ）、求めたい各画素位置のＲＧＢの値をＲ（ｉ，ｊ）、Ｇ（ｉ，ｊ）、Ｂ（ｉ，ｊ）とする。輝度用素子１０の波長に対する感度が理想的に一様な場合、（２）式が成立する。 Next, signal processing of the multilayer image sensor according to the present embodiment will be described in detail. Rc (i, j), Gc (i, j), Bc (Rc (i, j), Bc () corresponding to the position of thepixel 11 of the luminance element 10 by interpolating the vibration outputs of R, G, B of the color element 70, respectively. i, j). Here, (i, j) represents a pixel position. The output of the luminance element 10 corresponding to the pixel (i, j) is L (i, j), and the RGB values at each pixel position to be obtained are R (i, j), G (i, j), B (i , J). When the sensitivity of the luminance element 10 with respect to the wavelength is ideally uniform, Equation (2) is established.

また、Ｒｃ（ｉ，ｊ）、Ｇｃ（ｉ，ｊ）、Ｂｃ（ｉ，ｊ）とＲ（ｉ，ｊ）、Ｇ（ｉ，ｊ）、Ｂ（ｉ，ｊ）には、（３）〜（５）式の関係が成り立つ。

Also, Rc (i, j), Gc (i, j), Bc (i, j) and R (i, j), G (i, j), B (i, j) include (3) to The relationship of equation (5) holds.

（２）〜（５）式を用い、Ｒ（ｉ，ｊ）、Ｇ（ｉ，ｊ）、Ｂ（ｉ，ｊ）は、（６）〜（８）式から求めることができる。

Using equations (2) to (5), R (i, j), G (i, j), and B (i, j) can be obtained from equations (6) to (8).

（６）〜（８）式は、輝度用素子１０の感度が波長によらず一様である場合に成立するが、輝度用素子１０が波長に対して感度特性を持つときには、（２）式は（９）式のようになる。

Expressions (6) to (8) are established when the sensitivity of the luminance element 10 is uniform regardless of the wavelength, but when the luminance element 10 has sensitivity characteristics with respect to the wavelength, the expression (2) Is as in equation (9).

ここで、Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｇ、Ｃ_Ｂは、輝度用素子１０の波長に対する感度によって決まる定数である。（９）式と（６）、（７）式を用い、（１０）式の連立方程式を解くことによって、未知の変数R（ｉ，ｊ）、Ｇ（ｉ，ｊ）、Ｂ（ｉ，ｊ）を求めればよい。

Here, C_R , C_G , and C_B are constants determined by the sensitivity of the luminance element 10 to the wavelength. By using the equations (9) and (6), (7) and solving the simultaneous equations of the equation (10), unknown variables R (i, j), G (i, j), B (i, j ).

なお、今までの説明において、輝度用素子１０の縦に隣接した３画素分のピクセル１１と、色用素子７０の各サブピクセル７１は、上下で１対１に対応し、輝度用素子１０の３画素分をまとめたピクセル１１の外側の境界線と、色用素子のサブピクセル７１間の境界線が一致し、輝度用素子１０及び色用素子７０の面に垂直な方向に重なるように配置された例を挙げて説明した。しかしながら、色用素子７０の各サブピクセル７１が、輝度用素子１０のピクセル１１の３倍の面積を有していれば、必ずしも重なるように対応した配置でなくてもよい。

In the description so far, thepixels 11 for three pixels vertically adjacent to the luminance element 10 and the sub-pixels 71 of the color element 70 have a one-to-one correspondence in the vertical direction. Arranged so that the outer boundary line of thepixel 11 including three pixels and the boundary line between the sub-pixels 71 of the color element coincide with each other and overlap in a direction perpendicular to the surfaces of the luminance element 10 and the color element 70. Explained with examples. However, as long as each sub-pixel 71 of the color element 70 has an area three times as large as that of thepixel 11 of the luminance element 10, the corresponding arrangement is not necessarily required to overlap.

但し、輝度用素子１０のピクセル１１と色用素子７０のピクセル７１とが、境界線が一致して重なっていない配置の場合には、（１）〜（９）式を用いて説明した演算はより複雑なものとなる。よって、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、輝度用素子１０のピクセル１１の３画素分と色用素子７０のサブピクセル７１の１画素分が１対１に対応し、上下に重なるような配置とすることが、演算処理上好ましい。 However, when thepixel 11 of the luminance element 10 and thepixel 71 of the color element 70 are arranged so that the boundary lines do not coincide with each other, the calculation described using the equations (1) to (9) is performed. It becomes more complicated. Therefore, as shown in FIGS. 2B and 2C, threepixels 11 of the luminance element 10 and onepixel 71 of thesubelement 71 of the color element 70 have a one-to-one correspondence. It is preferable in terms of arithmetic processing to arrange such that they overlap with each other.

〔実施形態２〕
図４は、本発明の実施形態２に係る積層型撮像素子の一例の平面構成を示した図である。図４（Ａ）は、実施形態２に係る積層型撮像素子の輝度用素子１２のピクセル１３の平面構成を示した図であり、図４（Ｂ）は、実施形態２に係る積層型撮像素子の色用素子７２のサブピクセル７３の平面構成を示した図である。[Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram illustrating a planar configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 2 of the present invention. 4A is a diagram illustrating a planar configuration of thepixel 13 of theluminance element 12 of the multilayer image sensor according to the second embodiment, and FIG. 4B is a diagram illustrating the multilayer image sensor according to the second embodiment. It is the figure which showed the plane structure of thesub pixel 73 of theelement 72 for colors.

実施形態２に係る積層型撮像素子の側面構成は、図２（Ａ）で示した構成と同様であり、入射光側に輝度用素子１２が配置され、輝度用素子１２の背面に色用素子７２が配置された構成となっているので、図示を省略している。また、かかる輝度用素子１２を入射光側、色用素子７２を輝度用素子１２の背面に配置した構成の利点は、実施形態１における説明と同様であるので、その説明を省略する。 The side surface configuration of the multilayer imaging element according to the second embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 2A, theluminance element 12 is disposed on the incident light side, and the color element is disposed on the back surface of theluminance element 12. Since theconfiguration 72 is arranged, the illustration is omitted. The advantage of the configuration in which theluminance element 12 is disposed on the incident light side and thecolor element 72 is disposed on the back surface of theluminance element 12 is the same as that described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図４（Ａ）において、輝度用素子１２の平面構成が示されており、ピクセル１３が３Ｎ×２Ｍ画素配列されている。各ピクセル１３は、入射光を受光し、輝度成分を取得することができれば、図２（Ａ）に示したピクセル１１と同様の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。実施形態２に係る積層型撮像素子の輝度用素子１２は、配列されたピクセル数が、３Ｎ×２Ｍ（Ｎ、Ｍは自然数）で表示されている点だけが実施形態１と異なっており、ピクセル１３の配列についても、本質的な相違点は無い。特に、Ｍが３の倍数である場合には、実施形態１と画素数の表示の仕方が異なっているだけであり、全く同一の画素配列であってもよい。 FIG. 4A shows a planar configuration of theluminance element 12, and thepixels 13 are arranged in 3N × 2M pixels. Eachpixel 13 may have the same configuration as thepixel 11 illustrated in FIG. 2A or a different configuration as long as it can receive incident light and acquire a luminance component. Thebrightness element 12 of the multilayer imaging device according to the second embodiment is different from the first embodiment only in that the number of arranged pixels is 3N × 2M (N and M are natural numbers). There are no essential differences in the 13 sequences. In particular, when M is a multiple of 3, the display method of the number of pixels is different from that of the first embodiment, and the pixel arrangement may be exactly the same.

一方、図４（Ｂ）において、色用素子７２は、Ｒ、Ｇ、Ｂがストライプ状に配置された点は実施形態１の色用素子７０と同様であるが、各サブピクセル７３の面積が、輝度用素子１２のピクセル１３の２倍の大きさである点で、３倍の大きさである実施形態１の色用素子７０と異なっている。これにより、色用素子７２のサブピクセル７３の数は、３Ｎ×Ｍとなり、輝度用素子１０のピクセル１３の１／２となっている。 On the other hand, in FIG. 4B, thecolor element 72 is the same as the color element 70 of the first embodiment in that R, G, and B are arranged in stripes, but the area of eachsubpixel 73 is the same. This is different from the color element 70 of the first embodiment, which is three times as large as thepixel 13 of theluminance element 12. As a result, the number ofsub-pixels 73 of thecolor element 72 is 3N × M, which is ½ of thepixel 13 of the luminance element 10.

このように、色用素子７２のサブピクセル７３の面積は、輝度用素子１２のピクセル１３の２倍に設定されていてもよい。なお、実施形態２に係る色用素子７２のサブピクセル７３は、輝度用素子１２の縦方向に隣接する２画素分のピクセル１３を合わせた大きさとなっている。色用素子７２のサブピクセル７３を、輝度用素子１２の縦方向に隣接する２つのピクセル１３に対応させた縦長の長方形のピクセルとし、同じ色用のサブピクセル７３を同一列に配置することにより、実施形態１に係る積層型撮像素子の色用素子７０と同様に、全体としてはＲＧＢストライプ方式と同じ配置とすることができる。 Thus, the area of the sub-pixel 73 of thecolor element 72 may be set to be twice that of thepixel 13 of theluminance element 12. Note that the sub-pixel 73 of thecolor element 72 according to the second embodiment has a size obtained by combining thepixels 13 of two pixels adjacent in the vertical direction of theluminance element 12. By making the sub-pixel 73 of the color element 72 a vertically long rectangular pixel corresponding to the twopixels 13 adjacent to each other in the vertical direction of theluminance element 12 and arranging the sub-pixels 73 for the same color in the same column Similarly to the color element 70 of the multilayer image sensor according to the first embodiment, the entire arrangement can be the same as that of the RGB stripe method.

なお、輝度用素子１２は、実施形態１に係る積層型撮像素子の輝度用素子１０と同様に、透過率な３０〜６０％の範囲で用途に応じて任意に設定することができるが、例えば、透過率を５０％に設定した場合について考える。 Theluminance element 12 can be arbitrarily set in accordance with the usage within the range of 30 to 60% of the transmittance, as with the luminance element 10 of the multilayer imaging element according to the first embodiment. Consider the case where the transmittance is set to 50%.

輝度用素子１２の光透過率を５０％とした場合、入射光の１／２の光量が輝度用素子１２を透過し、輝度用素子１２で利用できる光量は入射光の光量の１／２となる。色用素子７２においては、輝度用素子１２を透過した入射光の１／２の光量を受光する。また、各色の波長で利用できる光量は受光した光の１／３となるが、各サブピクセル７３の面積は、輝度用素子１２の２倍であるため、色用素子７２の各色のサブピクセル７３で利用できる光量は、輝度用素子１２の入射光の光量の（１／２）×（１／３）×２＝１／３となる。このように、実施形態２に係る積層型撮像素子においては、輝度用素子１２で利用できる光量と色用素子７２の各色のサブピクセル７３で利用できる光量を適切にバランスさせ、高感度と色再現性を両立させることができる。 When the light transmittance of theluminance element 12 is 50%, half the amount of incident light is transmitted through theluminance element 12, and the amount of light that can be used by theluminance element 12 is half the amount of incident light. Become. Thecolor element 72 receives half the amount of incident light that has passed through theluminance element 12. The amount of light that can be used at the wavelength of each color is 1/3 of the received light. However, since the area of eachsubpixel 73 is twice that of theluminance element 12, thesubpixel 73 of each color of thecolor element 72 is used. The amount of light that can be used in (1) is (1/2) × (1/3) × 2 = 1/3 of the amount of incident light of theluminance element 12. As described above, in the multilayer imaging device according to the second embodiment, the light amount usable in theluminance element 12 and the light amount usable in eachcolor sub-pixel 73 of thecolor element 72 are appropriately balanced to achieve high sensitivity and color reproduction. Sex can be made compatible.

ここで、従来の方式では、３Ｎ×２Ｍ画素のカラー撮像画像を得るためには、３Ｎ×２Ｍ×３のサブピクセルが必要となる。一方、本実施形態に係る積層型撮像素子の場合、３Ｎ×２Ｍ画素のカラー撮像画像を得るために必要なサブピクセル数は、３Ｎ×２Ｍ（輝度用素子）＋３Ｎ×Ｍ（色用素子）＝３Ｎ×３Ｍとなる。 Here, in the conventional method, 3N × 2M × 3 sub-pixels are required to obtain a color captured image of 3N × 2M pixels. On the other hand, in the case of the multilayer imaging device according to the present embodiment, the number of subpixels required to obtain a color captured image of 3N × 2M pixels is 3N × 2M (luminance element) + 3N × M (color element) = 3N × 3M.

なお、図４において、輝度用素子１２のピクセル１３が縦に隣接した２個分と、色用素子７２のサブピクセル７３の１個が１対１に対応して重なり、外側の境界線が一致した配置となっている例を挙げて説明したが、これらの１対１の対応は必須ではなく、色用素子７２のサブピクセル７３が輝度用素子１２のピクセル１３の２倍の面積を有していれば、色用素子７２の光の利用度を高めることができる。 In FIG. 4, twopixels 13 of theluminance element 12 vertically adjacent to each other and one of the sub-pixels 73 of thecolor element 72 overlap in a one-to-one correspondence, and the outer boundary line coincides. However, this one-to-one correspondence is not essential, and the sub-pixel 73 of thecolor element 72 has twice the area of thepixel 13 of theluminance element 12. If so, the light utilization of thecolor element 72 can be increased.

〔実施形態３〕
図５は、本発明の実施形態３に係る積層型撮像素子の一例の平面構成を示した図である。図５（Ａ）は、実施形態３に係る積層型撮像素子の輝度用素子１４のピクセル１５の平面構成の一例を示した図であり、図５（Ｂ）は、実施形態３に係る積層型撮像素子の色用素子のサブピクセル７５の平面構成の一例を示した図である。[Embodiment 3]
FIG. 5 is a diagram illustrating a planar configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a planar configuration of thepixel 15 of theluminance element 14 of the multilayer imaging element according to the third embodiment, and FIG. 5B is a multilayer type according to the third embodiment. It is the figure which showed an example of the plane structure of thesub pixel 75 of the element for colors of an image pick-up element.

実施形態３に係る積層型撮像素子においても、側面構成は、図２（Ａ）に示した構成と同様である。つまり、光の入射面側に輝度用素子１４が配置されて入射光を受光し、輝度用素子１４の背面に色用素子７４が配置され、輝度用素子１４の透過光を受光する。これにより、輝度用素子１４で最初に一様に輝度成分を取得し、その後、色用素子７４で各色の波長成分のバランスが崩れていない透過光から色成分を取得できる点は、実施形態１における説明と同様であるので、本実施形態においてはその説明を省略する。 Also in the multilayer imaging element according to Embodiment 3, the side surface configuration is the same as the configuration shown in FIG. That is, theluminance element 14 is disposed on the light incident surface side to receive incident light, and thecolor element 74 is disposed on the back surface of theluminance element 14 to receive the transmitted light of theluminance element 14. In this way, theluminance component 14 is first obtained uniformly by theluminance element 14, and then the color component can be obtained by thecolor element 74 from the transmitted light in which the balance of the wavelength components of the respective colors is not lost. Therefore, the description thereof is omitted in the present embodiment.

図５（Ａ）に示すように、実施形態３に係る積層型撮像素子の輝度用素子１４は、３Ｎ×４Ｍ（Ｎ、Ｍは自然数）個のピクセル１５を備えている。個々のピクセル１５は、入射光の輝度成分を取得できれば、実施形態１又は実施形態２に係る構成と同様であってもよいし、異なっていてもよい。また、輝度用素子１５は、入射光の４０〜７０％の光量を吸収し、光透過率は３０〜６０％となる点も、実施形態１及び実施形態２に係る積層型撮像素子と同様である。 As shown in FIG. 5A, theluminance element 14 of the multilayer imaging element according to the third embodiment includes 3N × 4M (N and M are natural numbers)pixels 15. Eachpixel 15 may be the same as or different from the configuration according to the first or second embodiment as long as the luminance component of the incident light can be acquired. Further, theluminance element 15 absorbs 40 to 70% of the incident light and has a light transmittance of 30 to 60%, similar to the multilayer imaging element according to the first and second embodiments. is there.

図５（Ｂ）に示すように、実施形態３に係る積層型撮像素子の色用素子７４は、３Ｎ×Ｍ個のサブピクセル７５を備えており、各サブピクセル７５は、輝度用素子１４のピクセル１５の面積の４倍の面積を有している。また、色用素子７４のサブピクセル７５は、縦方向に隣接する輝度用素子１４のピクセル１５の４個分をまとめたものに相当し、縦：横＝４：１の縦長の長方形となっている。そして、各列は、同じ色用のサブピクセル７５が配置され、全体としては、ＲＧＢストライプ方式と同様の配置方式となっている。 As shown in FIG. 5B, thecolor element 74 of the multilayer imaging device according to the third embodiment includes 3N × M subpixels 75, and eachsubpixel 75 includes theluminance element 14. The area of thepixel 15 is four times as large. The sub-pixel 75 of thecolor element 74 corresponds to a group of fourpixels 15 of theluminance element 14 adjacent in the vertical direction, and is a vertically long rectangle of vertical: horizontal = 4: 1. Yes. In each column, subpixels 75 for the same color are arranged, and the arrangement method is the same as the RGB stripe method as a whole.

このように、色用素子７４のサブピクセル７５を、輝度用素子１４のピクセル１５を縦方向に４個まとめて、４倍の面積として構成してもよい。色用素子７４の１つのサブピクセル７５で利用する光量を、輝度用素子１４と同じ面積のピクセルを用いた場合の４倍とすることができ、光の利用率を高めることができる。 In this way, thesubpixels 75 of thecolor element 74 may be configured to have a fourfold area by collecting fourpixels 15 of theluminance element 14 in the vertical direction. The amount of light used by onesub-pixel 75 of thecolor element 74 can be four times that when a pixel having the same area as theluminance element 14 is used, and the light utilization rate can be increased.

例えば、輝度用素子１４の光透過率を５０％とすると、光吸収率も５０％であるので、輝度用素子１４で利用できる入射光の光量は１／２となる。よって、色用素子７４は、輝度用素子１４を透過した透過光を受光するので、入射する光量は輝度用素子１４に入射する入射光の光量の１／２となる。また、各色のフィルタでは、他の２色の波長を遮蔽するので、各色のサブピクセル７５は、受光した光量の１／３を利用するが、サブピクセル７５の面積が４倍となっているので、結局、各サブピクセル７５は、輝度用素子に入射する入射光の（１／２）×（１／３）×４＝２／３を利用することができる。 For example, if the light transmittance of theluminance element 14 is 50%, the light absorption rate is also 50%, so the amount of incident light that can be used by theluminance element 14 is halved. Therefore, since thecolor element 74 receives the transmitted light that has passed through theluminance element 14, the amount of incident light is ½ of the amount of incident light incident on theluminance element 14. In addition, since the filters of the respective colors shield the wavelengths of the other two colors, the sub-pixels 75 of the respective colors use 1/3 of the received light quantity, but the area of the sub-pixels 75 is quadrupled. Eventually, each sub-pixel 75 can use (1/2) × (1/3) × 4 = 2/3 of incident light incident on the luminance element.

なお、図５（Ａ）に示すように、本実施形態に係る積層型撮像素子の画素数を３Ｎ×４Ｍとしたときに、従来の方式で３Ｎ×４Ｍ画素のカラー撮像画像を得るためには、３Ｎ×４Ｍ×３個のサブピクセルが必要となる。本実施形態に係る積層型撮像素子では、３Ｎ×４Ｍ画素のカラー撮像画像を得るために必要なサブピクセル数は、３Ｎ×４Ｍ（輝度用素子１４）＋３Ｎ×Ｍ（色用素子７４）＝３Ｎ×５Ｍとなる。 As shown in FIG. 5A, when the number of pixels of the multilayer imaging device according to the present embodiment is 3N × 4M, in order to obtain a color captured image of 3N × 4M pixels by the conventional method. 3N × 4M × 3 sub-pixels are required. In the multilayer imaging device according to the present embodiment, the number of subpixels required to obtain a color captured image of 3N × 4M pixels is 3N × 4M (luminance element 14) + 3N × M (color element 74) = 3N. × 5M.

また、図５（Ａ）においては、輝度用素子１４の縦に隣接するピクセル１５の４個分と、色用素子７４のサブピクセル７５が重なって１対１に対応し、サブピクセル７５間の境界線がピクセル１５間の対応箇所の境界線に一致している例を挙げて説明したが、このような構成が必須でない点は、実施形態１及び実施形態２と同様である。 In FIG. 5A, fourpixels 15 vertically adjacent to theluminance element 14 and thesubpixels 75 of thecolor element 74 overlap each other to correspond to each other. The example in which the boundary line coincides with the boundary line of the corresponding portion between thepixels 15 has been described, but the point that such a configuration is not essential is the same as in the first and second embodiments.

また、実施形態１乃至３においては、色用素子７０、７２、７４のサブピクセル７１、７３、７５の各色の配列を、同一色が同一列に配置されるＲＧＢストライプ方式となる配置を例に挙げて説明したが、他の配列方法で配置してもよい。例えば、２行２列の４個のサブピクセル７１、７３、７５を１画素とし、２個のＧを一方の対角線上、他方の対角線上にＲとＢを１個ずつ配置したベイヤー配列としてもよい。その他、インターライン配列、斜めストライプ配列、ＧストライプＲＢ市松配列等の原色配列や、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、フレーム色差順次配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列の補色配列方式等、単板用のカラーフィルタ配列で用いられる各種の配列方式を適用することができる。 In the first to third embodiments, the arrangement of the colors of the sub-pixels 71, 73, and 75 of thecolor elements 70, 72, and 74 is taken as an example of an arrangement that adopts an RGB stripe method in which the same color is arranged in the same column. Although described above, the arrangement may be made by other arrangement methods. For example, a Bayer array in which foursubpixels 71, 73, and 75 in two rows and two columns are one pixel, two Gs are arranged on one diagonal, and one R and one B are arranged on the other diagonal. Good. In addition, primary color arrays such as interline array, diagonal stripe array, G stripe RB checkered array, field color difference sequential array, frame color difference sequential array, frame color difference sequential array, frame interleaved array, field interleaved array complementary color array system, etc. Various arrangement methods used in the color filter arrangement for plates can be applied.

〔実施形態４〕
図６は、本発明の実施形態４に係る積層型撮像素子の一例の断面構成を示した図である。実施形態１乃至３においては、輝度用素子１０、１２、１４及び色用素子７０、７２、７４の平面的な画素構成を中心に説明したが、実施形態４以降においては、輝度用素子１０、１２、１４及び色用素子７０、７２、７４の、信号処理を行うための構成も含めた全体構成について説明する。よって、実施形態４以降に説明する積層型撮像素子には、実施形態１乃至３に係る輝度用素子１０、１２、１４及び色用素子７０、７２、７４の画素構成を総て適用することができる。[Embodiment 4]
FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 4 of the present invention. In the first to third embodiments, the description has focused on the planar pixel configuration of theluminance elements 10, 12, and 14 and thecolor elements 70, 72, and 74. However, in the fourth and subsequent embodiments, theluminance element 10, 12 and 14 and thecolor elements 70, 72, and 74, the overall configuration including the configuration for performing signal processing will be described. Therefore, all of the pixel configurations of theluminance elements 10, 12, and 14 and thecolor elements 70, 72, and 74 according to the first to third embodiments can be applied to the stacked image sensor described in the fourth and subsequent embodiments. it can.

図６において、実施形態４に係る積層型撮像素子は、輝度用素子１６と、色用素子７６とを有し、色用素子７６上に輝度用素子１６が配置される。輝度用素子１６は、光の入射側から、透明電極２０と、光電変換膜３０と、画素電極４０と、信号読み出し回路５０と、透明基板６０とを有する。 In FIG. 6, the multilayer imaging device according to the fourth embodiment includes a luminance element 16 and a color element 76, and the luminance element 16 is disposed on the color element 76. The luminance element 16 includes a transparent electrode 20, a photoelectric conversion film 30, a pixel electrode 40, a signal readout circuit 50, and a transparent substrate 60 from the light incident side.

透明電極２０は、光電変換膜３０に電圧を印加するための電極であり、可視光が透過する透明性の高い材料から構成される。一例としては、インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）等の無機透明電極、又はPolyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate（ＰＥＤ／ＰＳＳ）等の有機導電膜が用いられてよい。透明電極２０に印加する電圧は、光電変換膜３０にかかる電界として、１０^３〜１０^７Ｖ／ｃｍの範囲がよく、一般的には１０^４〜１０^６Ｖ／ｃｍの範囲で用いることが好ましい。The transparent electrode 20 is an electrode for applying a voltage to the photoelectric conversion film 30 and is made of a highly transparent material that transmits visible light. As an example, an inorganic transparent electrode such as indium tin oxide (ITO) or an organic conductive film such as polyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate (PED / PSS) may be used. The voltage applied to the transparent electrode 20 is preferably in the range of 10³ to 10⁷ V / cm as the electric field applied to the photoelectric conversion film 30, and is generally preferably used in the range of 10⁴ to 10⁶ V / cm. .

光電変換膜３０の材料は、可視光の光（３８０〜７８０ｎｍ）を、５０％程度の吸収率で吸収し、吸収した光量に応じた電荷を発生する一方、吸収しなかった光は透過する材料であり、一例を挙げると、有機系の材料を用いた膜が好ましい。具体的には、ポリフィリン、ペリレン、フタロシアニン、アクリジン、クマリン、キナクリドン、シアニン、スクエアリリウム、オキサジン、キサンテントリフェニルアミン、ベンジジン、ピラゾリン、スチリルアミン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、カルバゾール、ポリシラン、チオフェン、ポリアミン、オキサジアゾール、トリアゾール、トリアジン、キノキサリン、フェナンスロリン、フラーレン、アルミニウムキノリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾール、ポリチオール、ポリピロール、ポリチオフェン及びこれらの誘導体等を単独で、若しくは、これらに代表される有機材料を２種類以上混合又は積層することで、光電変換膜３０を形成することが可能である。 The material of the photoelectric conversion film 30 is a material that absorbs visible light (380 to 780 nm) with an absorptance of about 50% and generates charges according to the amount of light absorbed, while transmitting light that has not been absorbed. For example, a film using an organic material is preferable. Specifically, polyphylline, perylene, phthalocyanine, acridine, coumarin, quinacridone, cyanine, squarylium, oxazine, xanthenetriphenylamine, benzidine, pyrazoline, styrylamine, hydrazone, triphenylmethane, carbazole, polysilane, thiophene, polyamine, Oxadiazole, triazole, triazine, quinoxaline, phenanthroline, fullerene, aluminum quinoline, polyparaphenylene vinylene, polyfluorene, polyvinyl carbazole, polythiol, polypyrrole, polythiophene, and derivatives thereof are singly or typified by these The photoelectric conversion film 30 can be formed by mixing or laminating two or more organic materials.

一方、アモルファスセレン、アモルファスシリコン、化合物半導体等に代表される無機光電変換膜を用いることもできる。 On the other hand, an inorganic photoelectric conversion film typified by amorphous selenium, amorphous silicon, a compound semiconductor, or the like can also be used.

これら光電変換膜３０の膜厚は、１０ｎｍ〜５μｍが好ましく、５０ｎｍ〜１μｍが更に好ましいが、上述の通り、光電変換膜３０の透過率を３０〜６０％、例えば、５０％程度に制御する必要がある。 The film thickness of these photoelectric conversion films 30 is preferably 10 nm to 5 μm, more preferably 50 nm to 1 μm, but as described above, the transmittance of the photoelectric conversion film 30 needs to be controlled to 30 to 60%, for example, about 50%. There is.

光電変換膜３０の下面には、画素電極４０が設けられる。画素電極４０も、可視光が透過する透明性の高い材料で構成される。一例としては、インジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）等の無機透明電極、又はPolyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate（ＰＥＤ／ＰＳＳ）等の有機導電膜が好ましい。 A pixel electrode 40 is provided on the lower surface of the photoelectric conversion film 30. The pixel electrode 40 is also made of a highly transparent material that transmits visible light. As an example, an inorganic transparent electrode such as indium tin oxide film (ITO) or an organic conductive film such as polyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate (PED / PSS) is preferable.

信号読み出し回路５０は、各画素に蓄積された信号を読み出す手段である。信号読み出し回路５０の一例としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ、Thin Film Transistor）を用いた回路が挙げられる。薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形成される一般的なものであってよい。電極及び配線には金属材料、半導体層にはアモルファスシリコンや多結晶シリコン等が用いられるが、薄膜トランジスタの開口率（透過率）を高めたい場合には、電極及び配線材料としてＩＴＯ等の透明電極材料、半導体層としてＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯ_４等、結晶系又は非晶質系の透明半導体材料を用いてよい。The signal readout circuit 50 is means for reading out signals accumulated in each pixel. An example of the signal readout circuit 50 is a circuit using a thin film transistor (TFT). The thin film transistor may be a general one formed on a glass substrate. Metal materials are used for the electrodes and wiring, and amorphous silicon, polycrystalline silicon, etc. are used for the semiconductor layer. However, in order to increase the aperture ratio (transmittance) of the thin film transistor, a transparent electrode material such as ITO is used as the electrode and wiring material. As the semiconductor layer, a crystalline or amorphous transparent semiconductor material such as ZnO or InGaZnO₄ may be used.

なお、実施形態１乃至３において説明した輝度用素子１６のピクセル１１、１３、１５の単位は、信号読み出し回路５０の単位で定められる。つまり、１画素に対して、信号読み出し用の薄膜トランジスタ等の素子が１個設けられることになる。 Note that the unit of thepixels 11, 13, and 15 of the luminance element 16 described in the first to third embodiments is determined by the unit of the signal readout circuit 50. That is, one element such as a thin film transistor for signal readout is provided for one pixel.

透明基板６０は、一般的にはガラス基板が用いられるが、透明基板６０上の信号読み出し回路５０、光電変換膜３０、透明電極２０等が１５０℃乃至２００℃以下の温度条件で作製できる場合には、種々のプラスチック基板を用いることも可能である。 A glass substrate is generally used as the transparent substrate 60, but the signal readout circuit 50, the photoelectric conversion film 30, the transparent electrode 20, and the like on the transparent substrate 60 can be manufactured under a temperature condition of 150 ° C. to 200 ° C. or less. It is also possible to use various plastic substrates.

色用素子７６は、カラーフィルタ８０と、色用素子用撮像素子９０とを有して構成される。色用素子用撮像素子９０には、通常の撮像素子として一般的に用いられている電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）や、相補型金属−酸化物半導体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor：ＣＭＯＳ）等を用いた固体撮像素子が好適である。また、アモルファスシリコン、アモルファスセレン、化合物半導体材料等の無機材料、可視領域全域に亘って感度を有する有機材料等を光電変換膜として用い、これらの膜を積層し、信号読み出し部としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＴＦＴ回路等を用いるようにしてもよい。 The color element 76 includes a color filter 80 and a colorelement imaging element 90. The colorelement imaging element 90 includes a charge coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) that is generally used as a normal imaging element. A solid-state image sensor using the above is suitable. Further, an inorganic material such as amorphous silicon, amorphous selenium, compound semiconductor material, an organic material having sensitivity over the entire visible region is used as a photoelectric conversion film, these films are stacked, and a CCD, CMOS, A TFT circuit or the like may be used.

また、色用素子７６における実施形態１乃至３で説明したピクセル７１、７３、７５の単位は、輝度用素子１６と同様に、固体撮像素子のＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の素子の単位、光電変換膜の信号読み出し部のＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＴＦＴ回路等の素子の単位により定められる。つまり、１ピクセル７１、７３、７５に対し、１個の素子が設けられる。 The units of thepixels 71, 73, and 75 described in Embodiments 1 to 3 in the color element 76 are the same as those of the luminance element 16, such as a unit of an element such as a CCD or CMOS of a solid-state imaging element, or a photoelectric conversion film. It is determined by the unit of an element such as a CCD, CMOS, TFT circuit of the signal readout unit. That is, one element is provided for eachpixel 71, 73, 75.

かかる構成により、輝度用素子１６の光電変換膜３０で受光した光信号を信号読み出し回路５０で読み出し、色用素子７６で受光した透過光を色用素子用撮像素子９０に設けられた信号読み出し部で読み出すことにより、高感度で色再現性の高い撮像を行うことができる。 With this configuration, the optical signal received by the photoelectric conversion film 30 of the luminance element 16 is read by the signal readout circuit 50, and the transmitted light received by the color element 76 is provided in the colorelement imaging element 90. By reading out with, imaging with high sensitivity and high color reproducibility can be performed.

なお、図６においては、透明基板６０とカラーフィルタ８０の間に隙間を設けた配置としているが、用途と焦点調整に応じて、透明基板６０とカラーフィルタ８０を密着させた配置としてもよい。 In FIG. 6, the gap is provided between the transparent substrate 60 and the color filter 80, but the transparent substrate 60 and the color filter 80 may be arranged in close contact according to the application and focus adjustment.

〔実施形態５〕
図７は、本発明の実施形態５に係る積層型撮像素子の一例の断面構成を示した図である。実施形態５に係る積層型撮像素子は、色用素子７７の上に輝度用素子１７が配置されている点は、実施形態４に係る積層型撮像素子と同様であるが、色用素子７７のカラーフィルタ８０の上に層間絶縁膜６１が付設されており、層間絶縁膜６１上に輝度用素子１７が設けられている点で、実施形態４に係る積層型撮像素子と異なっている。そして、層間絶縁膜６１上に、信号読み出し回路５０、画素電極４０、光電変換膜３０及び透明電極２０が順次形成され、輝度用素子１７を構成している。[Embodiment 5]
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 5 of the present invention. The multilayer image sensor according to the fifth embodiment is the same as the multilayer image sensor according to the fourth embodiment in that the luminance element 17 is disposed on the color element 77. An interlayer insulatingfilm 61 is provided on the color filter 80, and the brightness element 17 is provided on theinterlayer insulating film 61. This is different from the multilayer imaging device according to the fourth embodiment. Then, the signal readout circuit 50, the pixel electrode 40, the photoelectric conversion film 30, and the transparent electrode 20 are sequentially formed on theinterlayer insulating film 61 to constitute the luminance element 17.

輝度用素子１７の透明電極２０、光電変換膜３０、画素電極４０及び信号読み出し回路５０は、実施形態４に係る積層型撮像素子の輝度用素子１６と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。 The transparent electrode 20, the photoelectric conversion film 30, the pixel electrode 40, and the signal readout circuit 50 of the luminance element 17 are the same as the luminance element 16 of the multilayer imaging element according to the fourth embodiment, and thus are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted.

色用素子７７のカラーフィルタ８０及び色用素子用撮像素子９０も、実施形態４に係る積層型撮像素子の色用素子７６と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。 The color filter 80 of the color element 77 and the colorelement imaging element 90 are also the same as the color element 76 of the stacked type imaging element according to the fourth embodiment, and thus the same reference numerals are given and description thereof is omitted. To do.

層間絶縁膜６１は、高い透過性が要求され、酸化珪素、窒化珪素、各種樹脂等を用いることができる。 Theinterlayer insulating film 61 is required to have high permeability, and silicon oxide, silicon nitride, various resins, or the like can be used.

このように、実施形態４のように、透明基板６０の上に輝度用素子１６を独立して形成した後、色用素子７６の上に配置するのではなく、実施形態５のように、色用素子７７を最初に形成し、その上に層間絶縁膜６１を形成し、層間絶縁膜６１上に輝度用素子１７を一体的に積層形成するようにしてもよい。一体化して構成することにより、積層型撮像素子の全体の体積を小型化することができる。 As described above, the luminance element 16 is independently formed on the transparent substrate 60 as in the fourth embodiment, and is not disposed on the color element 76. It is also possible to first form the device element 77, form theinterlayer insulating film 61 thereon, and integrally laminate the luminance element 17 on theinterlayer insulating film 61. By configuring in an integrated manner, the entire volume of the multilayer image sensor can be reduced.

なお、実施形態５に係る積層型撮像素子は、輝度用素子１７の信号読み取りは、信号読み取り回路５０で行い、色用素子７７の信号読み出しは、色用素子用撮像素子９０の信号読み出し部で行い、両者が独立して信号読み出しを行う点は、実施形態４に係る積層型撮像素子と同様である。 In the multilayer image sensor according to the fifth embodiment, the signal reading of the luminance element 17 is performed by the signal reading circuit 50, and the signal reading of the color element 77 is performed by the signal reading unit of the colorelement imaging element 90. This is the same as the stacked image sensor according to the fourth embodiment in that both perform signal readout independently.

〔実施形態６〕
図８は、本発明の実施形態６に係る積層型撮像素子の一例の断面構成を示した図である。
実施形態６に係る積層型撮像素子は、輝度用素子１８と色用素子２８の信号読み出し回路（図示せず）が同一箇所に配置されている点で、実施形態４及び実施形態５に係る積層型撮像素子と異なっている。[Embodiment 6]
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an example of a multilayer imaging element according to Embodiment 6 of the present invention.
The multilayer imaging device according to the sixth embodiment is a multilayer imaging device according to the fourth and fifth embodiments in that signal readout circuits (not shown) of the luminance element 18 and the color element 28 are arranged at the same place. This is different from the type image sensor.

実施形態６に係る積層型撮像素子は、色用素子２８と、色用素子２８の上に積層された輝度用素子１８とを有する。輝度用素子１８は、透明電極２０と、光電変換膜３０と、画素電極４１とを備える。色用素子２８は、カラーフィルタ８１と、色用素子用撮像素子９１とを有し、カラーフィルタ８１には、ビアプラグ８２が形成されて設けられている。 The multilayer image sensor according to the sixth embodiment includes a color element 28 and a luminance element 18 stacked on the color element 28. The luminance element 18 includes a transparent electrode 20, a photoelectric conversion film 30, and a pixel electrode 41. The color element 28 includes a color filter 81 and a colorelement imaging element 91, and the color filter 81 is provided with a viaplug 82.

色用素子２８の色用素子用撮像素子９１は、色用素子２８の信号読み取り手段のみならず、輝度用素子１８の信号読み出し回路も備えており、輝度用素子１８の画素電極４１とビアプラグ８２を介して接続されている。色用素子用撮像素子９１は、色用素子２８の受光部、信号読み出し部に加えて、輝度用素子１８の信号読み出し回路も備える必要があることから、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを用いることが好ましい。輝度用素子１８を構成する透明電極２０、光電変換膜３０、画素電極４１及び輝度用素子１８と色用素子２８とを隔てる層間絶縁膜材料は、実施形態４で述べた材料と同様の材料を使用することができる。 The colorelement imaging element 91 of the color element 28 includes not only the signal reading means of the color element 28 but also the signal reading circuit of the luminance element 18, and the pixel electrode 41 and the viaplug 82 of the luminance element 18. Connected through. Since the colorelement imaging element 91 needs to include a signal readout circuit for the luminance element 18 in addition to the light receiving part and the signal readout part of the color element 28, it is preferable to use a CCD or a CMOS image sensor. . The interlayer insulating film material that separates the transparent electrode 20, the photoelectric conversion film 30, the pixel electrode 41, and the luminance element 18 and the color element 28 constituting the luminance element 18 is the same material as that described in the fourth embodiment. Can be used.

このように、実施形態６に係る積層型撮像装置によれば、輝度用素子１８と色用素子２８の信号読み出し回路を共通回路とし、１箇所に設けることにより、積層型撮像素子を薄型化して構成することができる。 As described above, according to the multilayer imaging device according to the sixth embodiment, the signal readout circuit of the luminance element 18 and the color element 28 is a common circuit, and the multilayer imaging element is thinned by providing the signal readout circuit in one place. Can be configured.

〔実施例〕
次に、本実施形態に係る積層型撮像装置について、シミュレーション実験を行った結果の実施例について説明する。〔Example〕
Next, an example of a result of performing a simulation experiment on the multilayer imaging device according to the present embodiment will be described.

条件としては、実施形態４で説明した実施形態と同様に、透明基板６０上に輝度用素子１６を形成し、輝度用素子１６と色用素子７６の信号読み出し回路は独立に設けた。輝度用素子１６と、色用素子７６の撮像面との距離は約０．４ｍｍとし、透明基板６０の厚さと同等とした。なお、本実施例においては、理解の容易のため、実施形態４に対応する構成要素については、実施形態４で用いた参照符号と同一の符号を付して説明する。 As a condition, as in the embodiment described in the fourth embodiment, the luminance element 16 is formed on the transparent substrate 60, and the signal readout circuits of the luminance element 16 and the color element 76 are provided independently. The distance between the luminance element 16 and the imaging surface of the color element 76 was about 0.4 mm, which was the same as the thickness of the transparent substrate 60. In the present example, for ease of understanding, the components corresponding to the fourth embodiment will be described with the same reference numerals as those used in the fourth embodiment.

輝度用素子１６は、ピクセル数を、水平１２８×垂直９６とし、ピクセルサイズを、１００×１００μｍとした。また、透明電極２０には、膜厚３０ｎｍのＩＴＯを用いた。光電変換膜３０は、キナクリドン誘電体にフラーレンを２５％添加した膜厚７５ｎｍの薄膜を真空蒸着法にて成膜して形成した。波長が５３０ｎｍの緑色の波長領域では、透過率が５６％であった。画素電極４０には、膜厚５０ｎｍのＩＴＯ透明電極を用いた。信号読み出し回路５０には、アモルファスシリコンＴＦＴを用いた。透明基板６０は、厚さ０．４ｍｍの無アルカリガラスを用いた。 The luminance element 16 has a pixel number of horizontal 128 × vertical 96 and a pixel size of 100 × 100 μm. The transparent electrode 20 was made of ITO having a film thickness of 30 nm. The photoelectric conversion film 30 was formed by forming a thin film having a thickness of 75 nm obtained by adding 25% fullerene to a quinacridone dielectric by a vacuum deposition method. In the green wavelength region having a wavelength of 530 nm, the transmittance was 56%. As the pixel electrode 40, an ITO transparent electrode having a film thickness of 50 nm was used. An amorphous silicon TFT was used for the signal readout circuit 50. As the transparent substrate 60, non-alkali glass having a thickness of 0.4 mm was used.

色用素子７６は、サブピクセル数を、水平１２８×垂直３２とし、サブピクセルサイズを、１００×３００μｍとした。これは、実施形態１において説明した、色用素子７６の画素の面積を、輝度用素子１６の３倍の面積とした場合に相当する。よって、画素数は、垂直方向において９６の１／３の３２となり、面積は、垂直方向において１００μｍの３倍の３００μｍとなっている。カラーフィルタ８０の配列も、実施形態１と同様に、ストライプ配列とした。また、色用素子用撮像素子９０としては、ＣＭＯＳイメージセンサを用いた。 In the color element 76, the number of sub-pixels was set to horizontal 128 × vertical 32, and the sub-pixel size was set to 100 × 300 μm. This corresponds to the case where the pixel area of the color element 76 described in the first embodiment is three times as large as the luminance element 16. Accordingly, the number of pixels is 32, which is 1/3 of 96 in the vertical direction, and the area is 300 μm, which is threetimes 100 μm in the vertical direction. The arrangement of the color filters 80 is also a stripe arrangement as in the first embodiment. Further, a CMOS image sensor was used as the colorelement imaging element 90.

また、比較例として、従来から一般的に用いられている、本実施例の輝度用素子１６と同画素数、同画素サイズのイメージセンサを用いた。よって、画素数は、水平１２８×垂直９６であり、画素サイズは、１００×１００μｍである。また、カラーフィルタの配列は、ストライプ配列とし、同一条件とした。 Further, as a comparative example, an image sensor having the same number of pixels and the same pixel size as the luminance element 16 of the present embodiment, which has been generally used conventionally, was used. Therefore, the number of pixels is 128 horizontal × 96 vertical, and the pixel size is 100 × 100 μm. The color filters were arranged in a stripe arrangement under the same conditions.

本実施例に係る積層型撮像素子及び比較例に係る撮像素子について、１０ルクス（ｌｘ）の白色光（色温度３３００K）を撮像面に照射したときの出力信号電流の総和を求めたところ、本実施例に係る積層型撮像素子は３５ｎＡ／ｌｘ、比較例に係る撮像素子は２３ｎＡ／ｌｘとなった。かかる結果から、本実施例に係る積層型撮像素子は、同一の入射光から高い信号電流を出力することができ、入射光の利用率が比較例よりも向上したことを示す結果が得られた。 Regarding the image pickup device according to the present embodiment and the image pickup device according to the comparative example, the total sum of output signal currents when the image pickup surface is irradiated with 10 lux (lx) white light (color temperature 3300 K) is calculated. The multilayer image sensor according to the example was 35 nA / lx, and the image sensor according to the comparative example was 23 nA / lx. From these results, the multilayer imaging device according to the present example was able to output a high signal current from the same incident light, and a result indicating that the utilization rate of the incident light was improved as compared with the comparative example was obtained. .

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、デジタルカメラ、ビデオ等の静止画や動画を撮像する撮像装置全般に利用することができる。 The present invention can be used for all imaging devices that capture still images and moving images such as digital cameras and videos.

１０、１２、１４、１６、１７、１８輝度用素子
１１、１３、１５ピクセル（画素）
２０透明電極
３０光電変換膜
４０、４１画素電極
５０信号読み出し回路
６０透明基板
７０、７２、７２、７６、７７、７８色用素子
７１、７３、７５サブピクセル（副画素）
８０カラーフィルタ
９０色用素子用撮像素子
１００撮影レンズ10, 12, 14, 16, 17, 18Luminance elements 11, 13, 15 pixels (pixels)
20 Transparent electrode 30 Photoelectric conversion film 40, 41 Pixel electrode 50 Signal readout circuit 60Transparent substrate 70, 72, 72, 76, 77, 78Color element 71, 73, 75 Subpixel (subpixel)
80Color Filter 90 Image Sensor forColor Element 100 Photography Lens

Claims

Translated fromJapanese

入射光を受光し、光学像の輝度成分を取得する第１の撮像素子と、
該第１の撮像素子の背面側に配置され、該第１の撮像素子を透過した透過光を受光し、前記光学像の色成分を取得する第２の撮像素子とを有し、
前記第２の撮像素子のサブピクセルの面積は、前記第１の撮像素子のピクセルの面積の２倍、３倍又は４倍であることを特徴とする積層型撮像素子。A first image sensor that receives incident light and acquires a luminance component of an optical image;
A second imaging element that is disposed on the back side of the first imaging element, receives transmitted light that has passed through the first imaging element, and acquires a color component of the optical image;
The area of the sub-pixel of the second image sensor is two times, three times, or four times the area of the pixel of the first image sensor.

前記第２の撮像素子の前記サブピクセル間の境界線が、前記第１の撮像素子の前記ピクセル間の境界線に重なるように前記第２の撮像素子の前記サブピクセルが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型撮像素子。 The sub-pixels of the second image sensor are arranged so that a boundary line between the sub-pixels of the second image sensor overlaps a boundary line between the pixels of the first image sensor. The multilayer imaging device according to claim 1.

前記第２の撮像素子の前記サブピクセルは、垂直方向のサイズが水平方向のサイズの２倍、３倍又は４倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型撮像素子。 3. The stacked image pickup device according to claim 1, wherein the sub-pixel of the second image pickup device has a vertical size that is twice, three times, or four times the horizontal size.

前記第２の撮像素子の前記サブピクセルは、同一色用の前記サブピクセルが同一列に配置されたストライプ配列であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型撮像素子。 4. The stacked type according to claim 1, wherein the sub-pixels of the second image sensor have a stripe arrangement in which the sub-pixels for the same color are arranged in the same column. 5. Image sensor.

前記第１の撮像素子の光透過率は、３０〜６０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層型撮像素子。 The multilayer image sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first image sensor has a light transmittance of 30 to 60%.

前記第１の撮像素子は、可視領域の総ての波長領域において感度を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型撮像素子。 3. The multilayer image sensor according to claim 1, wherein the first image sensor has sensitivity in all wavelength regions of a visible region.

前記第１の撮像素子は、光電変換膜を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の積層型撮像素子。 The stacked image sensor according to claim 1, wherein the first image sensor includes a photoelectric conversion film.

前記第１の撮像素子よりも前記入力光の入射側寄りに撮影レンズを更に有し、
該撮影レンズの焦点は、前記第１の撮像素子に合わせたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型撮像素子。A photographing lens further closer to the incident side of the input light than the first image sensor;
4. The multilayer image sensor according to claim 1, wherein the photographing lens is focused on the first image sensor. 5.