專利名稱：固態(tài)成像裝置、信號(hào)處理裝置、攝像機(jī)及光譜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在數(shù)字?jǐn)z影機(jī)等類似裝置中使用的固態(tài)成像裝置，更具體涉及一種用濾色層(filter)去除對(duì)固態(tài)成像裝置中的光電二極管敏感的波長(zhǎng)范圍中的不需要波長(zhǎng)的光以及用于從經(jīng)過(guò)該濾色層產(chǎn)生的電信號(hào)中產(chǎn)生色彩信號(hào)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置按照使用單傳感器裝置或使用多個(gè)傳感器裝置的彩色成像方法來(lái)執(zhí)行色彩分離。在使用多個(gè)傳感器裝置的彩色成像方法中，通過(guò)使用一個(gè)色彩分光棱鏡分離圖像的色彩、并且通過(guò)使用三個(gè)或四個(gè)固態(tài)成像裝置將該分離的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)獲得彩色信號(hào)。與此對(duì)比，在使用單個(gè)傳感器裝置的彩色成像方法中，通過(guò)使用形成在該一個(gè)固態(tài)成像裝置中的三個(gè)或四個(gè)芯片上彩色濾色層分離圖像來(lái)獲得彩色信號(hào)，該固態(tài)成像裝置將該色彩分離的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該使用單個(gè)傳感器方法的彩色成像使用基色濾色層或互補(bǔ)濾色層，這依賴于圖像將要被分離的色彩的情況。例如，在一個(gè)基色濾色層的情況下，圖像被分離為三種顏色；紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)，而在互補(bǔ)濾色層的情況下，圖像被分離為四種顏色青色(Cy)、紫色(Mg)、黃色(Ye)和綠色(G)(例如，參照文獻(xiàn)1)。
不管該傳統(tǒng)的方法使用單個(gè)傳感器還是多個(gè)傳感器，一個(gè)共同的特點(diǎn)是圖像被分為二維排列的像素，并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
為此，以下僅描述使用單個(gè)傳感器的固態(tài)成像裝置，并省略了使用多個(gè)傳感器裝置的彩色成像方法的說(shuō)明。
此外，由于用于將該圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法對(duì)于兩種方法來(lái)說(shuō)是共有的，且該僅有的差別是在于通過(guò)分離所獲得的顏色，使用單個(gè)傳感器裝置的彩色成像方法是以使用基色濾色層而不是互補(bǔ)濾色層來(lái)描述的。
<傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
圖15A是傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上表面視圖，圖15B示出了該光電轉(zhuǎn)換單元向箭頭方向看去的橫斷面J-J′視圖。
注意的是，在該光電轉(zhuǎn)換單元10中的像素聚集成被稱為像素單元的組，并且為了簡(jiǎn)潔，這里只示出一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
正如可從圖15A和15B中看到的，該光電轉(zhuǎn)換單元10由二維排列的像素組成。每個(gè)與一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的像素單元是圖像中的最小單元。
該像素1至4具有光電二極管12形成在半導(dǎo)體襯底11中的結(jié)構(gòu)，絕緣膜13、光屏蔽膜14、用于平坦化的絕緣膜16以及濾色層17r、17b和17g(每個(gè)像素一個(gè))以所述順序形成在光電二極管12已形成于其中的半導(dǎo)體襯底11上。該光屏蔽膜14有窗孔15形成在其中。該光電二極管12、絕緣膜13以及光屏蔽膜14是按照晶片制造方法來(lái)形成的，并且該濾色層17r、17b以及17g按照芯片上濾色層制造方法形成在絕緣膜16的表面上。
該芯片上濾色層制造方法包括將樹(shù)脂膜涂于該絕緣膜的表面、使用一個(gè)熱掩模暴露該樹(shù)脂膜并且然后顯影該樹(shù)脂膜，由此形成著色圖形。使用色素、染料等在該圖形中形成濾色層。
按照拜耳圖形給每個(gè)像素分配顏色，以及為每個(gè)像素形成該分配的顏色的濾色層。這里，構(gòu)成一個(gè)組的三個(gè)像素中的每一個(gè)有一種不同的顏色。如圖中示出的一個(gè)實(shí)例，每個(gè)像素1和4都有綠色濾色層17g，像素2有藍(lán)色濾色層17b以及像素3有紅色濾色層17r。
此外，一種紅外線截止濾色層18設(shè)置在像素1至4的濾色層17r、17g和17b的上方。
入射到該光電轉(zhuǎn)換單元10上的光經(jīng)過(guò)該紅外線截止濾色層18，然后是該濾色層17r、17g和17b，并經(jīng)過(guò)該窗孔15而被光電二極管12光電變換為電子。
圖16是示出光電二極管的光譜敏感度特性以及人眼的敏感度特性的曲線圖。
在該圖中，曲線51示出使用硅PN結(jié)的光電二極管的光譜敏感度，同時(shí)曲線52示出人眼的敏感度特性。
如曲線51所示，從可見(jiàn)光到紅外線的波長(zhǎng)范圍，使用硅PN結(jié)的光電二極管對(duì)于300納米到1100納米范圍內(nèi)的光特別敏感，且在600納米到750納米敏感度最高。
這里，可見(jiàn)光是一種380納米到780納米范圍內(nèi)的電磁波，并且諸如紫色、藍(lán)色、綠色、橙色以及紅色(按照波長(zhǎng)的長(zhǎng)度排列)等色彩人眼是可以感覺(jué)到的。紅外線是一種波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)的電磁波，并按照距離可見(jiàn)光的遠(yuǎn)近分為近紅外光(0.78微米至3微米)、中紅外光(3微米至30微米)以及遠(yuǎn)紅外光(30微米至1毫米)。
如從曲線52可見(jiàn)，與光電二極管形成對(duì)比，視覺(jué)敏感度被表示為人眼敏感度特性的峰值為光波長(zhǎng)555納米(綠光)，并且當(dāng)光波長(zhǎng)變得更短(向藍(lán)光邊)和更長(zhǎng)(向紅光邊)時(shí)視覺(jué)敏感度均減小。
該曲線51和52表明有必要盡可能消除可見(jiàn)范圍之外的紅外線對(duì)用于數(shù)字?jǐn)z影機(jī)的固態(tài)成像裝置中的光電二極管12的影響。這是因?yàn)橹匾氖悄軌驕y(cè)量在人眼可見(jiàn)范圍內(nèi)的光的數(shù)量。
為此，在光電轉(zhuǎn)換單元10中設(shè)置紅外濾色層18。
為獲得彩色信號(hào)，通過(guò)在光電二極管12之上提供濾色層17r、17g和17b，而在光電轉(zhuǎn)換單元10中獲得光電變換的一定程度的性能，該彩色信號(hào)是與進(jìn)一步提供在濾色層17r、17g和17b之上的該紅外線截止濾色層18相耦合。
然而，除該晶片制造方法外，當(dāng)制造該固態(tài)成像裝置時(shí)為了形成該濾色層和該紅外線截止濾色層，需要芯片上的濾色層制造過(guò)程。換句話說(shuō)，執(zhí)行多個(gè)制造過(guò)程的必要性造成固態(tài)成像裝置存在耗時(shí)間并且成本高的問(wèn)題。
此外，如果將制造一種具有在一定程度之上的性能的光電轉(zhuǎn)換單元，則有必要制造具有精確光譜特性的濾色層和紅外線截止濾色層。這也造成成品率下降以及制造成本高的問(wèn)題。
文獻(xiàn)1ANDO，Takao和KOMOBUCHI，Hiroyoshi，Kotai Satuzo Soshi noKiso，Denshi no Me no Shikumi(固態(tài)成像裝置的基本原理電子眼的結(jié)構(gòu))，NihonRiko Shuppankai，1999年12月5日，pp.183-188發(fā)明內(nèi)容鑒于所描述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供固態(tài)成像裝置、產(chǎn)生由該固態(tài)成像裝置輸出的色彩信號(hào)的信號(hào)處理裝置、其中使用該固態(tài)成像裝置的攝影機(jī)、以及光譜裝置，這樣使得減少了制造時(shí)間和成本，并且提高了成品率，同時(shí)還獲得等于或優(yōu)于傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置的高畫(huà)面質(zhì)量。
為了解決所述的問(wèn)題，本發(fā)明是一個(gè)固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)光電二極管，每一個(gè)光電二極管將接收的光變換為電信號(hào)；以及一個(gè)光屏蔽膜，具有形成在其中的多個(gè)窗孔，該光屏蔽膜提供在該光電二極管之上，并通過(guò)夾在該光屏蔽膜與該光電二極管之間的絕緣膜與該光電二極管隔離，其中該窗孔允許一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)以下的波長(zhǎng)的光通過(guò)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，提供在該光屏蔽膜中的窗孔起到高通濾波器的作用，并能截止預(yù)定波長(zhǎng)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。特別地，因?yàn)樵摴馄帘文ぶ械拇翱捉刂咕哂斜却_定波長(zhǎng)長(zhǎng)的的波長(zhǎng)的光，所以該固態(tài)成像裝置中可以省略紅外線截止濾色層以及彩色截止濾色層。此外，可顯著降低該紅外線截止濾色層阻擋紅外光以及該濾色層的光譜特性的精確度。
例如，如果該預(yù)定波長(zhǎng)是在可見(jiàn)光邊緣的波長(zhǎng)，并且在該光屏蔽膜中提供截止處于可見(jiàn)光邊緣的波長(zhǎng)的窗孔，則可以顯著降低該紅外濾色層截止紅外光的精確度。
這是因?yàn)榧词辜t外線通過(guò)該紅外線截止濾色層，這些紅外線也將被該窗孔截止并且因此不會(huì)到達(dá)光電二極管。
類似地，對(duì)于試圖通過(guò)該濾色層的比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，該濾色層的光譜特性的精確度可能被顯著降低。
換句話說(shuō)，可以省略紅外濾色層或提供在截止紅外光時(shí)具有顯著降低精確度的紅外濾色層，并且可以省略該濾色層，或?qū)τ谠噲D通過(guò)該濾色層的比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)提供具有顯著降低光譜特性的精確度的濾色層。結(jié)果，可以簡(jiǎn)化該固態(tài)成像裝置的制造過(guò)程，并且可以顯著改進(jìn)紅外線截止濾色層和濾色層的成品率。
因此，該所述的結(jié)構(gòu)能夠減少固態(tài)成像裝置的制造時(shí)間、成本并改進(jìn)成品率。
此外，可以降低該紅外濾色層和該濾色層的材料特性，并且用于該紅外濾色層和該濾色層的材料可以從一個(gè)擴(kuò)大的材料范圍中選擇。
此外，該光電二極管可以分別與所獲取圖像的每個(gè)最小單元的像素相對(duì)應(yīng)，并且每個(gè)光電二極管可以具有提供在其上的不同的一個(gè)窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，對(duì)于每一個(gè)像素可以限定接收的光的頻率。因此，從每個(gè)像素中可以省略該濾色層，或可以顯著地降低該紅外濾色層和該濾色層的光譜特性。
此外，按照該預(yù)定的波長(zhǎng)可以限定每一個(gè)窗孔的形狀和尺寸。
按照所述的結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變?cè)摯翱椎男螤詈统叽缈梢愿淖儽辉摯翱捉刂沟牟ㄩL(zhǎng)。
此外，這些窗孔可以由N(N是一個(gè)自然數(shù))種不同類型的窗孔組成，對(duì)于每種類型的窗孔來(lái)講該預(yù)定波長(zhǎng)可以是不同的，該光電二極管總共是N個(gè)，并且該N個(gè)光電二極管中的每一個(gè)可以具有提供在其上的N種類型窗孔中的一種不同的窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，按照不同波長(zhǎng)所產(chǎn)生的電荷可以集中在每一個(gè)光電二極管中。因此，可以獲得一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)是與一種通過(guò)高精確度濾色層的頻率的光的電信號(hào)等效。
此外，基于一個(gè)用于將組成元素是N種電信號(hào)的列向量轉(zhuǎn)換為組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M種彩色信號(hào)的列向量的M(M是一個(gè)自然數(shù))乘N矩陣，該固態(tài)成像裝置可以從通過(guò)該N個(gè)光電二極管接收的光所產(chǎn)生的N種電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以從電信號(hào)中產(chǎn)生彩色信號(hào)，所述電信號(hào)是通過(guò)簡(jiǎn)單匯集在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光所產(chǎn)生的電荷來(lái)產(chǎn)生的，而不是不同波長(zhǎng)所產(chǎn)生的電荷從使用濾色層獲得的光中所產(chǎn)生的諸如紅、綠和藍(lán)三原色彩色信號(hào)的電信號(hào)中產(chǎn)生的。
此外，基于一個(gè)用于校正其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量的M乘M矩陣，該固態(tài)成像裝置可以將色彩校正應(yīng)用于第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，即使該產(chǎn)生的彩色信號(hào)背離所需要的色彩，但通過(guò)校正該彩色信號(hào)可以重現(xiàn)所需要的色彩。
此外，基于一個(gè)L(L是一個(gè)自然數(shù))乘M矩陣(該矩陣用于將組成元素是第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量轉(zhuǎn)換為組成元素是第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量)，該固態(tài)成像裝置將該第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，即使產(chǎn)生的彩色信號(hào)屬于一個(gè)不同于彩色信號(hào)的所需要的彩色系統(tǒng)的彩色系統(tǒng)，但基于該不同彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)可以產(chǎn)生所需要的彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)，并且因此可以重現(xiàn)所需要的彩色系統(tǒng)。
此外，該固態(tài)成像裝置可以將色彩校正應(yīng)用于第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)，色彩校正是基于一個(gè)用于校正其組成元素是第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量的L乘L矩陣。
按照所述的結(jié)構(gòu)，即使該轉(zhuǎn)換的彩色信號(hào)背離所需要的色彩，通過(guò)校正該轉(zhuǎn)換的彩色信號(hào)可以重現(xiàn)所需要的色彩。
此外，每個(gè)光電二極管可以具有多個(gè)在其上提供的窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以增加每多個(gè)窗孔下面的每個(gè)光電二極管所能夠接收的光量。因此，可以顯著地增加該光電二極管的敏感度，并可以獲得高畫(huà)面質(zhì)量。
此外，提供在每個(gè)光電二極管之上的該多個(gè)窗孔可以包括(i)使該預(yù)定波長(zhǎng)以下的光通過(guò)的一個(gè)或多個(gè)窗孔，以及(ii)使低于一種不同預(yù)定波長(zhǎng)的光通過(guò)的一個(gè)或多個(gè)窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，多個(gè)窗孔使該預(yù)定波長(zhǎng)以下的光通過(guò)，并且可以精細(xì)地調(diào)節(jié)光電二極管能夠接收的位于光的最大波長(zhǎng)附近的光譜特性。
因此，可以調(diào)節(jié)具有多個(gè)種類最大波長(zhǎng)的、由每個(gè)光電二極管接收的、位于最大波長(zhǎng)附近的光譜特性，并且該光電二極管能夠接收該想要的波長(zhǎng)的光。
此外，可以設(shè)置該窗孔以便該窗孔的長(zhǎng)度方向彼此平行，每窗孔之間的間隔小于或等于該窗孔的一個(gè)長(zhǎng)度方向尺寸。
按照所述的結(jié)構(gòu)，增加了每個(gè)像素中的窗孔的數(shù)量。因此，被窗孔所占的區(qū)域增加了并且敏感度也增加了。
此外，還以設(shè)置該窗孔以便該窗孔的長(zhǎng)度方向彼此平行，每窗孔之間的間隔大于或等于該窗孔的一個(gè)長(zhǎng)度方向尺寸。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以防止比所允許的通過(guò)該窗孔的光的波長(zhǎng)長(zhǎng)的光通過(guò)。
此外，該固態(tài)成像裝置可進(jìn)一步包括多個(gè)微透鏡，對(duì)于二極管中的一個(gè)不同光電二極管提供每一個(gè)微透鏡，并覆蓋在各個(gè)光電二極管上的窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，不但該窗孔中的光，而且該光屏蔽膜之上的光聚焦在該窗孔中。因此，光電二極管可以接收更大量的光，并且可以獲得高敏感度。此外，通過(guò)調(diào)整微透鏡的尺寸，按照來(lái)自該二極管的所需要的性能可以調(diào)整被每個(gè)光電二極管接收的光量。
此外，該固態(tài)成像裝置可進(jìn)一步包括多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡覆蓋一個(gè)或多個(gè)不同的窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以顯著地改進(jìn)該窗孔的光聚集率，并且可以獲得高敏感度。此外，對(duì)于每個(gè)窗孔可以單獨(dú)調(diào)整光量，并且對(duì)于每一個(gè)波長(zhǎng)也可以單獨(dú)調(diào)整光量。
此外，該絕緣膜厚度可以等于或大于該窗孔的最小尺寸，并且等于或小于被該光電二極管轉(zhuǎn)換的光的最大波長(zhǎng)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，甚至在通過(guò)該窗孔的光中，可以減小到達(dá)該光電二極管之前衰減的一種波長(zhǎng)的光(特別地，靠近該最大波長(zhǎng)的光)的影響。這樣獲得了有很少色彩混合的高畫(huà)面質(zhì)量。
此外，每個(gè)窗孔可以是矩形和圓形中的一種，并且如果該窗孔是矩形則按照該預(yù)定波長(zhǎng)所限定的該尺寸可以是該窗孔的一個(gè)長(zhǎng)邊，如果該窗孔是圓形則按照該預(yù)定波長(zhǎng)所限定的該尺寸是該窗孔的直徑。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以容易地規(guī)定該窗孔的尺寸。
此外，該預(yù)定波長(zhǎng)可以是形成在窗孔上面的媒介中的近紅外光、紅光、綠光和藍(lán)光中的一種波長(zhǎng)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以獲得具有各自不同預(yù)定波長(zhǎng)的三種或更多種光譜信號(hào)，并且可以實(shí)現(xiàn)該三原色。因此，不需要紅外濾色層和濾色層就可以實(shí)現(xiàn)色彩。
此外，該窗孔可以具有長(zhǎng)的、狹窄的矩形，并且設(shè)置該窗孔以便每個(gè)窗孔的長(zhǎng)度方向被定向?yàn)橥粋€(gè)方向。
按照所述的結(jié)構(gòu)，在該長(zhǎng)度方向具有電子區(qū)域的光的偏振成分可以聚集在光電二極管中。因此，可以防止由漫反射產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。此外，只有一種預(yù)定偏振成分的光能被光電二極管接收，并且防止了彩色信號(hào)的混合，并且改進(jìn)了偏振精確度。最終，可以獲得高畫(huà)面質(zhì)量。
此外，該窗孔可以具有長(zhǎng)的、狹窄的矩形，對(duì)于每個(gè)光電二極管提供多個(gè)窗孔，并且設(shè)置該多個(gè)窗孔以便對(duì)于每個(gè)光電二極管該窗孔的一個(gè)長(zhǎng)度方向被定向?yàn)橄铝兄?i)第一方向和(ii)與該第一個(gè)方向垂直的第二方向。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以按照像素分離光的偏振成分。因此，可以防止由漫反射產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)，并且該光電二極管只接收該想要的偏振光。結(jié)果，預(yù)防了彩色信號(hào)的混合，提高了偏振精確度，并且可獲得高畫(huà)面質(zhì)量。
為了解決所述的問(wèn)題，本發(fā)明還是一個(gè)用于處理由固態(tài)成像裝置輸出的N(N是一個(gè)自然數(shù))種電信號(hào)的信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置包括一個(gè)差分矩陣保持單元，可操作地保持一個(gè)差分矩陣，用于通過(guò)獲得該N種電信號(hào)中的電信號(hào)與該N種電信號(hào)中的鄰近電信號(hào)之間的差別，將組成元素是該N種電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為組成元素是第一彩色系統(tǒng)中的M(M是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量；以及一個(gè)彩色信號(hào)產(chǎn)生單元，用于基于該差分矩陣，從該N種電信號(hào)中可操作地產(chǎn)生該第一個(gè)彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，在該固態(tài)成像裝置中，從簡(jiǎn)單地通過(guò)聚集由不同波長(zhǎng)的光所產(chǎn)生的電荷所產(chǎn)生的電信號(hào)中可以產(chǎn)生彩色信號(hào)，而不是從使用濾色層獲得的光中產(chǎn)生的諸如紅、綠和藍(lán)三原色信號(hào)的電信號(hào)中產(chǎn)生彩色信號(hào)。
此外，該信號(hào)處理裝置可進(jìn)一個(gè)步包括一個(gè)可操作地保持一個(gè)校正矩陣的校正矩陣保持單元，用于校正其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該向量；以及一個(gè)彩色信號(hào)校正單元，用于基于該校正矩陣可操作地校正該第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，即使從偏離所需要的色彩的一種色彩的光中產(chǎn)生彩色信號(hào)，但通過(guò)校正該彩色信號(hào)可以重現(xiàn)該想要色彩的彩色信號(hào)。
此外，該信號(hào)處理裝置可包括一種可操作保持地一個(gè)彩色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣的彩色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣保持單元，該彩色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣用于將其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第二彩色系統(tǒng)的L(L是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量；以及一個(gè)彩色系統(tǒng)校正單元，用于基于該校正矩陣可操作校正該第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，另一個(gè)彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)可以從產(chǎn)生的彩色信號(hào)中產(chǎn)生。因此，可以重現(xiàn)具有所需要彩色系統(tǒng)的色彩的圖像。
此外，該信號(hào)處理裝置可進(jìn)一步包括一個(gè)可操作地保持一個(gè)校正矩陣的校正矩陣保持單元，該校正矩陣用于校正其組成元素是該第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該向量；以及一個(gè)彩色信號(hào)校正單元，基于該校正矩陣可操作校正第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，即使轉(zhuǎn)換的彩色信號(hào)是一個(gè)從偏離所需要的色彩的一種色彩的光中產(chǎn)生的彩色信號(hào)，但通過(guò)校正該彩色信號(hào)可以重新產(chǎn)生所需要的色彩的彩色信號(hào)。
此外，本發(fā)明是一種包括固態(tài)成像裝置的攝影機(jī)，該固態(tài)成像裝置包括多個(gè)光電二極管，每一個(gè)光電二極管將接收的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及具有其中形成多個(gè)窗孔的光屏蔽膜，通過(guò)夾在該光屏蔽膜與該光電二極管之間的絕緣膜該光屏蔽膜與該光電二極管隔開(kāi)，并且被配置在該光電二極管之上，其中該窗孔使預(yù)定波長(zhǎng)以下的波長(zhǎng)的光通過(guò)，并且該光電二極管中的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)拾取圖像的每個(gè)最小單元的像素，并且該光電二極管中的每一個(gè)具有一個(gè)提供在其上的不同的窗孔。
按照所述的結(jié)構(gòu)，可以省略該紅外濾色層，或提供在阻擋紅外光方面的精確度顯著降低的紅外濾色層，可以省略濾色層，或提供顯著降低了光譜特性的濾色層。結(jié)果，可以簡(jiǎn)化該固態(tài)成像裝置制造過(guò)程，以及可以顯著提高紅外線截止濾色層和濾色層的成品率。
因此，所述的結(jié)構(gòu)能降低固態(tài)成像裝置的制造時(shí)間、成本并改進(jìn)成品率。
結(jié)果，可以提供低價(jià)格、高性能的攝影機(jī)。
此外，該窗孔可以由N(N是一個(gè)自然數(shù))種不同的窗孔組成，對(duì)于每種窗孔該預(yù)定波長(zhǎng)可以是不同的，該光電二極管總共N個(gè)，并且該N個(gè)光電二極管中的每一個(gè)可以具有配置其上的N種中的一種不同的窗孔，且固態(tài)成像裝置可進(jìn)一步包括信號(hào)處理電路，用于處理分別從該N個(gè)二極管接收的光中所產(chǎn)生的N種電信號(hào)，該N個(gè)光電二極管被配置在窗孔上，基于各個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定該穿孔的形狀和尺寸，并且通過(guò)獲得該N種電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與該N種電信號(hào)中的一個(gè)相鄰電信號(hào)之間的差別、基于一個(gè)用于將其組成元素是該N種電信號(hào)的一個(gè)向量轉(zhuǎn)換其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的一個(gè)向量的差分矩陣，該信號(hào)處理裝置可從該N種電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，如果改變?cè)摯翱椎男螤詈统叽鐒t可以改變被該窗孔截止的波長(zhǎng)。這使得能聚集不同波長(zhǎng)范圍的電荷。例如，即使該濾色層的光譜特性的精確度降低了，但濾色層和窗孔的結(jié)合對(duì)于濾色層的每種色彩來(lái)講可以限制光。此外，從通過(guò)簡(jiǎn)單地聚集不同波長(zhǎng)的電荷所產(chǎn)生的電信號(hào)中可以產(chǎn)生色彩信號(hào)，而不是從諸如紅、綠和藍(lán)三原色彩色信號(hào)的電信號(hào)中產(chǎn)生色彩信號(hào)。因此，不需要濾色層就可以獲得色彩。
此外，該攝影機(jī)可進(jìn)一步包括信號(hào)處理裝置，該設(shè)備處理該固態(tài)成像裝置輸出的N(N是一個(gè)自然數(shù))種電信號(hào)，其中，在該固態(tài)成像裝置中，該窗孔由N種不同的窗孔組成，對(duì)于每種窗孔該預(yù)定波長(zhǎng)是不同的，該光電二極管總共N個(gè)，并且該N個(gè)光電二極管中每一個(gè)具有提供在其上的N種窗孔中的一種不同的窗孔，該固態(tài)成像裝置將通過(guò)該N個(gè)光電二極管分別接收的光中所產(chǎn)生的N種電信號(hào)輸出到該信號(hào)處理裝置，該N個(gè)光電二極管被配置在該窗孔的上面，基于各個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定該窗孔的形狀和尺寸，并且通過(guò)獲得該N種電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與該N種電信號(hào)中的一個(gè)鄰近電信號(hào)之間的差別、基于一個(gè)用于將其組成元素是N種電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量的差分矩陣，該信號(hào)處理裝置從該N種電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)具有單個(gè)傳感器裝置的攝影機(jī)中可以獲得所述的效果，在該攝影機(jī)中包含該固態(tài)成像裝置和該信號(hào)處理裝置。
此外，該攝影機(jī)可進(jìn)一步包括至少多個(gè)固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置總共N個(gè)，且在每個(gè)固態(tài)成像裝置中，該窗孔由N(N是一個(gè)自然數(shù))種不同的窗孔組成，對(duì)于每種窗孔該預(yù)定波長(zhǎng)是不同的，該光電二極管總共N個(gè)，并且該N個(gè)光電二極管中每一個(gè)具有提供在其上的N種窗孔中的一種不同的窗孔；和信號(hào)處理裝置，用于處理從該固態(tài)成像裝置輸出的N種電信號(hào)，其中該固態(tài)成像裝置將通過(guò)該N個(gè)光電二極管分別接收的光中所產(chǎn)生的N種電信號(hào)輸出到該信號(hào)處理裝置，該N個(gè)光電二極管配置在該窗孔上面，基于各個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定該窗孔的形狀和尺寸，并且通過(guò)獲得該N種電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與該N種電信號(hào)中的一個(gè)鄰近電信號(hào)之間的差別，基于一個(gè)用于將其組成元素是N種電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量的差分矩陣，該信號(hào)處理裝置從該N種電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)具有多個(gè)傳感器裝置的攝影機(jī)中可以獲得所述的效果，該攝影機(jī)中包括多個(gè)固態(tài)成像裝置和該信號(hào)處理裝置。
此外，本發(fā)明是包括光譜單元的光譜裝置，其中該光譜單元包括一個(gè)不透明的部件，該不透明的部件是與從一個(gè)光源來(lái)的光路徑不平行地配置的，且該部件具有一個(gè)位于該路徑與該部件相交位置處的窗孔，該窗孔使一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)以下的波長(zhǎng)的光通過(guò)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，提供在該不透明部件中的窗孔起到高通濾波器的作用，并且使該預(yù)定波長(zhǎng)以下的光通過(guò)。因此，通過(guò)檢測(cè)入射光通過(guò)的窗孔可以容易地測(cè)量入射光的波長(zhǎng)的最大值。
另外，通過(guò)調(diào)整該窗孔的尺寸且改變?cè)摬煌该鞑考慕嵌瓤梢栽黾庸獗环蛛x的頻率的類型。
此外，通過(guò)調(diào)整窗孔的數(shù)量，可以容易地調(diào)整通過(guò)的光量。因此，可以改進(jìn)該光譜裝置中的光的SN比率。
此外，該光譜裝置可進(jìn)一步包括光檢測(cè)單元，該光檢測(cè)單元按照光的強(qiáng)度可操作的將該光譜單元分離出的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，通過(guò)窗孔的光可變換為電信號(hào)。因此，可以檢測(cè)小于該預(yù)定波長(zhǎng)的光量。
此外，該光譜裝置可進(jìn)一步包括差分矩陣保持單元和信號(hào)處理單元，其中該差分矩陣保持單元可操作的保持一個(gè)差分矩陣，該差分矩陣是用于通過(guò)獲得該N種電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與該N種電信號(hào)中的一個(gè)鄰近電信號(hào)之間的差別，將其組成元素是N(N是一個(gè)自然數(shù))種由該光檢測(cè)單元所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量；并且該信號(hào)處理單元可操作的從該N種電信號(hào)中產(chǎn)生M種電信號(hào)。
按照所述的結(jié)構(gòu)，對(duì)通過(guò)該窗孔的光中所發(fā)現(xiàn)的該電信號(hào)執(zhí)行一組矩陣操作，并且可以計(jì)算特定波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度。因此，可以容易制造檢測(cè)波長(zhǎng)與強(qiáng)度相關(guān)性的裝置。


通過(guò)下列的結(jié)合示出本發(fā)明一個(gè)特定實(shí)施例的附圖的描述，本發(fā)明的這些和其它的目的、優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
在附圖中圖1是一個(gè)示出數(shù)字?jǐn)z影機(jī)和在其中使用的固態(tài)成像裝置的透視圖；圖2A是第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上表面視圖，以及圖2B示出向箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面A-A′；圖3示出該固態(tài)成像裝置的主要材料的折射率列表；圖4是一個(gè)示出該第一實(shí)施例的該固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表；圖5A是第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面視圖，以及圖5B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面B-B′；圖6是一個(gè)示出第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表；圖7A是一個(gè)第三實(shí)施例的一個(gè)固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖7B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面C-C′；
圖8A是一個(gè)第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖8B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面D-D′；圖9是一個(gè)示出該第四實(shí)施例的該固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表；圖10A是一個(gè)第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖10B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面E-E′；圖11是示出第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的功能塊框圖；圖12A是一個(gè)該第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖12B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面F-F′；圖13是一個(gè)示出顯著地偏離理想光譜特性的光譜特性的圖表；圖14A是第七實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖14B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面G-G′；圖15A是傳統(tǒng)固態(tài)成像裝置中的光電轉(zhuǎn)換單元的上部表面的視圖，以及圖15B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面J-J′；圖16是示出光電二極管的光譜敏感度特性與人眼的敏感度特性的圖表；圖17A示出光譜分離一種光的光譜裝置的結(jié)構(gòu)的實(shí)例，以及圖17B示出分離出多種光的光譜裝置的實(shí)例；以及圖18示出使用棱鏡的光譜裝置的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
<第一實(shí)施例>
下面參照?qǐng)D示描述本發(fā)明第一實(shí)施例。應(yīng)注意的是，與相關(guān)技術(shù)說(shuō)明中的那些元件具有相同結(jié)構(gòu)的元件使用相同的標(biāo)號(hào)，并且在下列描述中加以省略。此外，該實(shí)施例基于一個(gè)前提，概略地說(shuō)就是紅外線(IR)是780納米到3微米的光，紅光(R)是610納米附近的光，綠光(G)是540納米附近的光，以及藍(lán)光(B)是450納米附近的光。
<第一實(shí)施例概述>
圖1是示出數(shù)字?jǐn)z影機(jī)和在其中使用的固態(tài)成像裝置的透視圖。
正如從圖1中所見(jiàn)，在數(shù)字?jǐn)z影機(jī)100中使用的固態(tài)成像裝置101與傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置是相同的，原因在于經(jīng)過(guò)保護(hù)光接收表面的密封玻璃而入射在該固態(tài)成像裝置上的光(在下文中稱為“入射光”)被光電轉(zhuǎn)換單元(被圖中的點(diǎn)表示的區(qū)域)變換為電子。
該固態(tài)成像裝置101與該傳統(tǒng)裝置是不同的，原因在于代替了配置紅外線截止濾色層18，紅外光是由具有降低尺寸的窗孔15來(lái)截止的。該結(jié)構(gòu)是基于一種觀念，即窗口15是以波導(dǎo)的方式在功能上作為高通濾波器，截止超過(guò)對(duì)應(yīng)于該窗口15的長(zhǎng)邊尺寸(在下文中，也稱為“長(zhǎng)邊尺寸”)的波長(zhǎng)的電磁波。
<波導(dǎo)>
下面描述代表微波傳輸線的波導(dǎo)。應(yīng)注意的是，微波和光都是滿足麥克斯韋方程的電磁波。
波導(dǎo)是一個(gè)管壁由例如銅的高導(dǎo)電性材料制成的管子。按照它們的橫截面形狀，波導(dǎo)被分為矩形、橢圓形等。應(yīng)注意的是，通常已知的是波導(dǎo)具有被該橫截面的結(jié)構(gòu)尺寸確定的截止頻率，并且不能傳輸該截止頻率以下的信號(hào)。
例如一個(gè)具有寬度a和高度b的矩形波導(dǎo)，下列等式(1)示出該波導(dǎo)的截止頻率fc。此外，下列等式(2)示出對(duì)應(yīng)于該截止頻率的波長(zhǎng)λc(在下文中稱為“截止波長(zhǎng)”)。這里，假定高度b大于寬度a。在具有半徑γ的橢圓波導(dǎo)中，下列等式(3)示出截止頻率fc，下列等式(4)示出截止波長(zhǎng)λc。應(yīng)注意的是，假定該波導(dǎo)充滿具有介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ的各向同性的、同質(zhì)的媒質(zhì)。下列等式(5)示出在該媒質(zhì)中的平面波的速度v。
(1)---fc=v2a]]>(2)λc＝2α(3)---fc=v3.413γ]]>(4)λc＝3.413γ(5)---v=1ϵμ]]>鑒于所述特征下面描述第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。
<第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
圖2A示出了從上面觀察的該第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，以及圖2B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面A-A′。
應(yīng)注意為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，只示出組成該光電轉(zhuǎn)換單元110的像素單元中的像素單元(二乘二像素)。
正如從圖2A和2B中所見(jiàn)，該光電轉(zhuǎn)換單元110中的光屏蔽膜114具有形成在其中的窗孔115。每個(gè)窗孔115定位在濾色層17r、17g或17b的下面，絕緣膜116位于它們之間。在該光電轉(zhuǎn)換單元110中省略了在傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換單元10中提供于濾色層17r、17g和17b上的紅外線截止濾色層18。
在接收光時(shí)每個(gè)光電二極管12根據(jù)在PN結(jié)邊界附近接收的光產(chǎn)生的電子和正空穴，并且基于該產(chǎn)生的電子和正空穴將接收的光有效地轉(zhuǎn)換為電流。該光電二極管的敏感度根據(jù)光波長(zhǎng)變化，并且該波長(zhǎng)越短，光被有效吸收的位置離表面越淺。應(yīng)注意的是，在從PN結(jié)遷移的位置中所產(chǎn)生的電子和正空穴對(duì)于電流的產(chǎn)生沒(méi)有貢獻(xiàn)，這是因?yàn)樵诘竭_(dá)耗盡層之前它們重新結(jié)合并耗散。
由于這種原因，當(dāng)制造對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)敏感的光電二極管時(shí)，有必要形成深的PN結(jié)，當(dāng)制造對(duì)短波長(zhǎng)敏感的光電二極管時(shí)，有必要形成靠近硅表面的PN結(jié)。
作為一個(gè)實(shí)施例，下面假定光電二極管12對(duì)于波長(zhǎng)270納米到1000納米的光是敏感的，且敏感度的峰值在700納米到800納米。此外，絕緣膜13和16由二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3O4)制成，且光屏蔽膜114由鋁(Al)或硅化鎢(W-Si)制成。
<窗孔的尺寸>
窗孔115具有比窗孔15小的尺寸，并截止超出由每個(gè)窗孔115的尺寸和形狀限定的截止波長(zhǎng)λc的波長(zhǎng)的光。當(dāng)波長(zhǎng)λi的光經(jīng)過(guò)折射率為Nr的絕緣膜16入射到窗孔115時(shí)，考慮絕緣膜16的折射率，下列等式(6)示出在該絕緣膜16中的光的波長(zhǎng)λr。
(6)---λr=λiNr]]>圖3示出該固態(tài)成像裝置的主要材料的折射率列表。
正如從圖3中可看出的，表130在列131示出材料，在列132示出該材料的各自的折射率。
例如，如果該絕緣膜16是二氧化硅(SiO2)且入射在該絕緣膜16上的光波長(zhǎng)為780納米(紅外線)，則基于折射率1.46，經(jīng)過(guò)絕緣膜16入射在窗孔115上的光的波長(zhǎng)是534.25納米。此外，如果該窗孔115的截止波長(zhǎng)λc大約是534.25納米或更小，該窗孔115將截止從外部光源入射的780納米的光。
這里，如果該窗孔115的形狀是矩形，基于下列等式(7)，如果該窗孔的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度是267.12納米或更小則截止780納米的光。此外，如果該窗孔是橢圓形，基于下列等式(8)，如果該窗孔的半徑γ是大約228.53納米或更少(直徑為457.07納米)則截止780納米的光。
(7)---λc2=λrc2N>a]]>(8)---λc3.413=λrc3.413N>γ]]>由此看來(lái)，基于將被截止的截止波長(zhǎng)λrc、形成在該窗孔115上的絕緣膜16的折射率Nr和窗孔115的形狀可以限定使可見(jiàn)光通過(guò)但是截止紅外線(780納米)和更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的窗孔115的近似尺寸。
在下文中，“截止尺寸”表示由該截止波長(zhǎng)λrc、形成在窗孔上的媒質(zhì)的折射率Nr以及使預(yù)定波長(zhǎng)和更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光截止的窗孔的形狀所限定的窗孔的尺寸。此外，如果該窗孔的形狀是矩形，“截止尺寸”表示長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，以及如果形狀是橢圓形，“截止尺寸”表示半徑。
另外，使紅光波長(zhǎng)(610納米)以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)、而截止紅外線(780納米)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的截止尺寸被稱為“紅外截止尺寸”。
應(yīng)注意的是，根據(jù)光電二極管12敏感的波長(zhǎng)范圍的最大波長(zhǎng)來(lái)限定該截止尺寸的上限。這樣做的理由是即使窗孔的尺寸大于該上限，但該光電二極管12只接收它不能感測(cè)的波長(zhǎng)的光，與似乎根本沒(méi)有接收該光的效果是相同的。
例如，如果該最大波長(zhǎng)是1000納米，基于上面的等式(7)，如果該窗孔是矩形則該窗孔的截止尺寸大約是342.46納米，如果該窗孔是橢圓形(大約401.36納米的直徑)則截止尺寸大約是200.68納米?；谶@些圖，作為粗略的引導(dǎo)，該窗孔115的截止尺寸大約是500納米。與具有尺寸1500納米的傳統(tǒng)的窗孔15相比，這是非常小的。在下文中，將以如此的方式建立的截止尺寸稱為最大截止尺寸。
<第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性>
下面描述具有所述結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元110的光譜特性。
圖4是示出該第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表。
應(yīng)注意的是，水平軸表示波長(zhǎng)，垂直軸表示光譜敏感度。
如圖4所示，曲線151表示能通過(guò)該窗孔115的光的光譜特性。作為參考，曲線152r表示能通過(guò)紅色濾色層17r的光的光譜特性，曲線152g表示能通過(guò)綠色濾色層17g的光的光譜特性，以及曲線152b表示能通過(guò)藍(lán)色濾色層17b的光的光譜特性。
應(yīng)注意的是，為了示出形成在光屏蔽膜114中的窗孔的特性，移開(kāi)濾色層17r、17g和17b來(lái)測(cè)量該特性。
如曲線151示出的，窗孔115截止760納米以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，并且允許開(kāi)始存在敏感度的大約750納米到760納米以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)。
曲線152r示出濾色層17r使波長(zhǎng)范圍520納米到750納米(在下文中稱為“R錐形”)的光通過(guò)，但幾乎不允許其它光通過(guò)。特別地，該濾色層17r允許紅光附近的光通過(guò)，如在紅光(610納米)波長(zhǎng)附近的濾色層17r的峰值所表示的。
曲線152g示出濾色層17g允許波長(zhǎng)范圍450納米到640納米(在下文中稱為“G錐形”)的光通過(guò)，幾乎不允許其它光通過(guò)。特別地，該濾色層17g允許綠光附近的光通過(guò)，如在綠光(540納米)波長(zhǎng)附近的濾色層17g的峰值所表示的。
曲線152b示出濾色層17b允許波長(zhǎng)范圍370納米到570納米(在下文中稱為“B錐形”)的光通過(guò)，幾乎不允許其它光通過(guò)。特別地，該濾色層17b允許藍(lán)光附近的光通過(guò)，如在藍(lán)光(450納米)波長(zhǎng)附近的濾色層17b的峰值所表示的。
<第一實(shí)施例概述>
如所述的，在光電轉(zhuǎn)換單元110中濾色層17r、17g和17b與窗孔115的結(jié)合允許來(lái)自入射光的可見(jiàn)光通過(guò)，同時(shí)截止入射光中的紅外光。這意味著即使沒(méi)有紅外線截止濾色層18也會(huì)截止入射在濾色層17r上的R錐形以外的光。
應(yīng)注意的是，事實(shí)上基于近似的截止尺寸，通過(guò)使用FDTD(有限差分時(shí)域)方法和諸如光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)的數(shù)值分析來(lái)確定窗孔的尺寸。然而，由于只能基于一組測(cè)量單元來(lái)制造窗孔，所以該窗孔的尺寸變化很小。
<關(guān)于第一實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
雖然這里使用780納米光的例子，實(shí)際上是根據(jù)用途來(lái)確定將被截止的光的截止波長(zhǎng)λrc。例如，通過(guò)設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換單元110對(duì)于固態(tài)成像裝置產(chǎn)生的彩色信號(hào)是敏感的，該光電轉(zhuǎn)換單元110可以被制成接收一些紅外線，設(shè)置截止波長(zhǎng)λrc以便截止例如790納米或800納米的光。特別地，在一個(gè)紅外攝影機(jī)中重要的是接收紅外范圍的光，因此可設(shè)置截止波長(zhǎng)λrc以便可以接收大約1000納米的紅外范圍內(nèi)的光。
應(yīng)注意的是，紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)可以是CIE(Centre Intemationaled’Eclairage)RGB彩色系統(tǒng)中的基本色的三種單色光，具體是700納米(R)、546.1納米(G)和435.8納米(B)。
該固態(tài)成像裝置101可以是MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)固態(tài)成像裝置、行間轉(zhuǎn)移CCD(電荷耦合裝置)固態(tài)成像裝置或幀轉(zhuǎn)移CCD固態(tài)成像裝置。
窗孔可以是橢圓形的形狀，而不是方形或矩形。
考慮到從該光屏蔽膜漸漸消失的波的影響，該絕緣膜13的厚度可設(shè)置為光電二極管12所敏感的波范圍內(nèi)的大約最大波長(zhǎng)。
<第二實(shí)施例>
下面參照?qǐng)D示描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。應(yīng)注意的是，與第一實(shí)施例中的元件具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件使用同樣的標(biāo)號(hào)，并在下面描述中加以省略。
<第二實(shí)施例概述>
雖然第一實(shí)施例的主要目的是截止紅外線，但第二實(shí)施例的目的是進(jìn)一步按照色彩截止不必要的波長(zhǎng)的光。
鑒于所描述的目的，下面說(shuō)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。
<第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
圖5A示出從上面觀察的第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，以及圖5B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面B-B′。
應(yīng)注意為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，只示出組成光電轉(zhuǎn)換單元210的像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
正如圖5A和5B所示，所形成的光電轉(zhuǎn)換單元210中的光屏蔽膜214其中具有尺寸各不相同的窗孔215r、215g和215b。具有紅外截止尺寸的窗孔215r是定位在濾色層217r下面，具有紅光截止尺寸的窗孔215g定位在濾色層217g下面，以及具有藍(lán)光截止尺寸的窗孔215b定位在濾色層217b下面。絕緣膜16是夾在窗孔215r、215g和215b與濾色層217r、217g、217b之間。
這里，紅光截止尺寸表示使綠光波長(zhǎng)(540納米)以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)、使紅光波長(zhǎng)(610納米)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光截止的截止尺寸。
此外，綠光截止尺寸表示使藍(lán)光波長(zhǎng)(450納米)以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)、使綠光波長(zhǎng)(540納米)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光截止的截止尺寸。
該紅外截止尺寸是尺寸中最大的，而紅光截止尺寸次之，綠光截止尺寸是最小的。
<第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性>
以下描述具有所述結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元210的光譜特性。
應(yīng)注意的是，濾色層217r、217g和217b的光譜特性的精確度與濾色層17r、17g和17b相比相對(duì)較低。
圖6是示出第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表。
在圖6中，曲線251r表示能通過(guò)窗孔215r的光的光譜特性，曲線251g表示能通過(guò)窗孔215g的光的光譜特性，以及曲線251b表示能通過(guò)窗孔215b的光的光譜特性。作為參考，曲線252r表示能通過(guò)紅色濾色層217r的光的光譜特性，曲線252g表示能通過(guò)綠色濾色層217g的光的光譜特性，以及曲線252b表示能通過(guò)藍(lán)色濾色層217b的光的光譜特性。
應(yīng)注意的是，為了示出形成在光屏蔽膜214中的窗孔的特性，移開(kāi)濾色層217r、217g和217b來(lái)測(cè)量該特性。
如曲線251r示出的，該窗孔215r截止760納米以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，并允許開(kāi)始存在敏感度的大約750納米到760納米以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)。
如曲線251g示出的，該窗孔215g截止650納米以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，并允許開(kāi)始存在敏感度的大約630納米到640納米以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)。
如曲線251b示出的，該窗孔215b截止580納米以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，并允許開(kāi)始存在敏感度的大約570納米到580納米以及更短波長(zhǎng)的光通過(guò)。
曲線252r示出濾色層217r允許波長(zhǎng)范圍520納米到750納米(R錐形)的光通過(guò)，使520納米以下的光幾乎不通過(guò)。特別地，該濾色層217r允許紅光附近的光通過(guò)，如在紅色(610納米)波長(zhǎng)附近的濾色層217r的峰值所表示的?？梢钥闯鰹V色層217r允許比R錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)邊更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光通過(guò)。
該曲線252g示出該濾色層217g允許波長(zhǎng)范圍450納米到630納米(G錐形)的光通過(guò)，使450納米以下的光幾乎不通過(guò)。特別地，該濾色層217g允許綠光附近的光通過(guò)，如在綠色(540納米)波長(zhǎng)附近的濾色層217g的峰值所表示的?？梢钥闯?，濾色層217g允許比G錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)邊更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光通過(guò)。
該曲線252b示出該濾色層217b允許波長(zhǎng)范圍370納米到560納米(B錐形)的光通過(guò)，使370納米以下的光幾乎不通過(guò)。特別地，該濾色層217b允許藍(lán)光附近的光通過(guò)，如在藍(lán)色(450納米)波長(zhǎng)附近的該濾色層217b的峰值表示的?？梢钥闯?，濾色層217b允許比B錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)邊更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光通過(guò)。
<第二實(shí)施例概述>
如所述的，該窗孔215r、215g和215b起高通濾波器的作用，當(dāng)重現(xiàn)各自色彩時(shí)用于截止不必要的光。
例如，該濾色層217r與該窗孔215r的結(jié)合允許紅光波長(zhǎng)附近的光通過(guò)，而截止紅外波長(zhǎng)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。這意味著，正如曲線251r和252r示出的，即使濾色層217r的入射光的波長(zhǎng)范圍大于R錐形的波長(zhǎng)，但超過(guò)760納米的光仍會(huì)被該窗孔215r截止。而且，這使得光譜特性接近于在將獲得的圖4中由曲線152r示出的光譜特性。
相似地，如該曲線251g和252g示出的，該濾色層217g和該窗孔215g的結(jié)合允許綠光波長(zhǎng)附近的光通過(guò)，同時(shí)截止紅色波長(zhǎng)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。這使得光譜特性接近于在將獲得的圖4中的曲線152g示出的光譜特性。
此外，如該曲線251b和252b示出的，該濾色層217b和該窗孔215b的結(jié)合允許藍(lán)光波長(zhǎng)附近的光通過(guò)，同時(shí)截止綠色波長(zhǎng)以及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。這使得光譜特性接近于在將獲得的圖4中的曲線152b示出的光譜特性。
<關(guān)于第二實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
按照分配給像素的色彩可以提供不同形狀的窗孔。
<第三實(shí)施例>
以下參照?qǐng)D示描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。應(yīng)注意的是，與第二實(shí)施例具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件使用同樣的標(biāo)號(hào)，在下面描述中加以省略。
<第三實(shí)施例概述>
當(dāng)該第二實(shí)施例的主要目的是按照色彩截止不必要的波長(zhǎng)的光，該第三實(shí)施例的目的是增加敏感度，由于為截止不必要的光而將窗孔制得很小造成該敏感度降低。
鑒于所述目的以下描述該第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。
<第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
圖7A示出從上面觀察的第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，以及圖7B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面C-C′。
應(yīng)注意為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，只示出組成該光電轉(zhuǎn)換單元310的像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
如圖7A和7B中示出的，該光電轉(zhuǎn)換單元310中的該光屏蔽膜314是使用各自不同尺寸的窗孔315r、315g和315b構(gòu)成的。具有紅外截止尺寸的窗孔315r以均勻的間隔設(shè)置在濾色層217r下面。相似地，具有紅色截止尺寸的窗孔315g以均勻的間隔設(shè)置在濾色層217g下面，以及具有綠色截止尺寸的窗孔315b以均勻的間隔設(shè)置在濾色層217b下面。絕緣膜16夾在窗孔315r、315g和315b與濾色層217r、217g、217b之間。
該圖示出四個(gè)窗孔315r以均勻間隔設(shè)置在濾色層217r下面的一個(gè)例子，九個(gè)窗孔315g以均勻間隔設(shè)置在濾色層217g下面，以及十六個(gè)窗孔315b以均勻間隔設(shè)置在濾色層217b下面。
通過(guò)減少窗孔間的距離，可提供在像素單元中的窗孔的數(shù)量增加了，因此增加了窗孔所占用的區(qū)域，因此也就增加了敏感度。然而，當(dāng)窗孔之間的距離減小時(shí)，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更容易通過(guò)。為此，如果對(duì)于相鄰窗孔之間的距離的設(shè)置優(yōu)先考慮敏感度的話，則在該光屏蔽膜314中形成窗孔，以便窗孔之間的距離小于相應(yīng)的截止尺寸。另一個(gè)方面，如果設(shè)置相鄰窗孔之間的距離以便預(yù)防長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的混入，則形成該窗孔以便窗孔之間的距離大于相應(yīng)的截止尺寸。換句話說(shuō)，根據(jù)用途確定窗孔間的距離。
<第三實(shí)施例說(shuō)明>
如所述的，通過(guò)在每個(gè)光電二極管12上提供兩個(gè)或多個(gè)窗孔，能被該光電二極管接收的光量增加了，且敏感度也顯著的增加了。
<關(guān)于第三實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
應(yīng)注意的是，如果減小了該窗孔315r中的衰減光的影響，則絕緣膜13的厚度可以設(shè)置為大約與紅外截止尺寸相同，或如果減小了該窗孔315b中的衰減光的影響，則該絕緣膜13的厚度可設(shè)置為大約與該綠色截止尺寸相同。
<第四實(shí)施例>
以下參照?qǐng)D示描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。應(yīng)注意與該第三實(shí)施例中具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件使用同樣的標(biāo)號(hào)，并在下面描述中加以省略。
<第四實(shí)施例概述>
當(dāng)該第三實(shí)施例的主要目的是增加由于該窗孔制得較小而減小的敏感度時(shí)，該第四實(shí)施例的目的是通過(guò)在屬于每個(gè)像素的光屏蔽膜中形成至少兩個(gè)不同截止尺寸的窗孔，來(lái)調(diào)節(jié)提供在每個(gè)像素中的窗孔通過(guò)的光的光譜特性。
鑒于所述目的，以下描述了第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。
<第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
圖8A示出從上面觀察的該第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，以及圖8B示出向一個(gè)箭頭方向觀察的該光電轉(zhuǎn)換單元的一個(gè)橫截面D-D′。
應(yīng)注意為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，只示出組成該光電轉(zhuǎn)換單元410的像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
如圖8A和8B示出的，該光電轉(zhuǎn)換單元410中的光屏蔽膜414是使用截止尺寸各不相同的窗孔415r、415g和415b與截止尺寸各不相同的窗孔416r、416g和416b分別結(jié)合構(gòu)成。具有紅外截止尺寸的窗孔415r和窗孔416r以固定間隔設(shè)置在該濾色層217r之下。相似地，具有紅光截止尺寸的窗孔415g和窗孔416g以固定間隔設(shè)置在該濾色層217g之下，以及具有綠色截止尺寸的該窗孔415b和窗孔416b以固定間隔設(shè)置在濾色層217b之下。絕緣膜16夾在窗孔415r、415g、415b、416r、416b和416g與濾色層217r、217g、217b之間。
根據(jù)用途來(lái)確定該窗孔的尺寸。如果為了優(yōu)先考慮敏感度來(lái)設(shè)置窗孔416r，則它們應(yīng)該比窗孔415r大。此外，如果設(shè)置窗孔416r以便預(yù)防長(zhǎng)波長(zhǎng)的光混入，則該窗孔416r應(yīng)該比窗孔415r小。相似地，基于該窗孔415g的尺寸，根據(jù)用途可以確定窗孔416g的尺寸，以及基于窗孔415b的尺寸，根據(jù)用途可以確定窗孔416b的尺寸。
例如，如附圖所示，兩個(gè)窗孔415r和兩個(gè)稍小于所述窗孔415r的窗孔416r以固定間隔設(shè)置在濾色層217r的下方。類似地，五個(gè)窗孔415g和四個(gè)稍小于窗孔415g的窗孔416g以固定間隔設(shè)置在濾色層217g下方。此外，四個(gè)窗孔415b和十二個(gè)稍小于窗孔415b的窗孔416b以固定間隔設(shè)置在濾色層217b下方。
<第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性>
下面將對(duì)具有所述結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元410的光譜特性進(jìn)行介紹。
附圖9是表示第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光譜特性的圖表。
在附圖9中，曲線451r表示能夠通過(guò)窗孔415r和416r的光的光譜特性，曲線451g表示能夠穿過(guò)窗孔415g和416g的光的光譜特性，以及曲線451b表示能夠穿過(guò)窗孔415b和416b的光的光譜特性。作為參考，附圖4中給出的曲線152r、152g和152b也在附圖9中示出。
注意為了表示光屏蔽膜414中形成的窗孔的特性，該特性是通過(guò)移除了濾色層217r、217g和217b而測(cè)量出來(lái)的。
如曲線451r所示，窗孔415r和416r的組合截止了760納米及以上的光線，并允許大約750納米到760納米及其之下的光線通過(guò)，在大約750納米到760納米以及以下波長(zhǎng)處開(kāi)始出現(xiàn)靈敏度，該靈敏度是以遵循R錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的曲線部分的形狀出現(xiàn)的。
如曲線451g所示，窗孔415g和416g的組合截止了650納米及以上的光線，并允許大約630納米到640納米及其之下的光線通過(guò)，在大約630納米到640納米以及以下波長(zhǎng)處開(kāi)始出現(xiàn)靈敏度，該靈敏度是以遵循G錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的曲線部分的形狀出現(xiàn)的。
如曲線451b所示，窗孔415b和416b的組合截止了580納米及以上的光線，并允許大約570納米到580納米及其之下的光線通過(guò)，在大約570納米到580納米以及以下波長(zhǎng)處開(kāi)始出現(xiàn)靈敏度，該靈敏度是以遵循B錐形的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的曲線部分的形狀出現(xiàn)的。
<第四實(shí)施例概述>
如所介紹的，濾色層217r、窗孔415r和窗孔416r的組合能夠使紅光波長(zhǎng)附近的光線通過(guò)，同時(shí)截止紅外波長(zhǎng)和超過(guò)紅外波長(zhǎng)的光線。而且，由于借助窗孔416r調(diào)整了長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的靈敏度和混合，所以能夠得到接近附圖4中曲線152r所示的光譜特性。
同樣，濾色層217g、窗孔415g和窗孔416g的組合能夠使綠光波長(zhǎng)附近的光線通過(guò)，同時(shí)截止紅色波長(zhǎng)及超過(guò)紅色波長(zhǎng)的光線。而且，由于借助窗孔416g調(diào)整了長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的靈敏度和混合，所以能夠得到接近附圖4中曲線152g所示的光譜特性。
而且，濾色層217b、窗孔415b和窗孔416b的組合允許藍(lán)光波長(zhǎng)附近的光線通過(guò)，同時(shí)截止綠色波長(zhǎng)及超過(guò)綠色波長(zhǎng)的光線。而且，由于借助窗孔416b調(diào)整了長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的靈敏度和混合，所以能夠得到接近附圖4中曲線152b所示的光譜特性。
<有關(guān)第四實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
每個(gè)窗孔415r和416r的尺寸可以稍小于或稍大于紅外線截止尺寸。同樣，每個(gè)窗孔415g和416g的尺寸可以稍小于或稍大于紅光截止尺寸，并且每個(gè)窗孔415b和416b的尺寸可以稍小于或稍大于綠光截止尺寸。
注意如果要減小窗孔415r中衰減光的影響，可以將絕緣膜13的厚度設(shè)置為與紅外截止尺寸近似相等，或者，如果要減小窗孔416b中衰減光的影響，可以將絕緣膜13的厚度設(shè)置為與綠色截止尺寸近似相等。
也可以利用具有相同的長(zhǎng)邊尺寸的矩形窗孔的組合和具有相同直徑的橢圓形窗孔的組合。此外，還可以利用具有不同的長(zhǎng)邊尺寸的矩形窗孔的組合和具有不同直徑的橢圓形窗孔的組合。
<第五實(shí)施例>
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施例進(jìn)行介紹。注意與第一實(shí)施例中具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件使用了相同的附圖標(biāo)記，并且在下面的說(shuō)明中省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
<第五實(shí)施例概述>
在第一實(shí)施例關(guān)注分離入射光的偏振成分的同時(shí)，第五實(shí)施例的目的在于通過(guò)將窗孔形成為矩形、并改變它們的短邊的尺寸來(lái)分離入射光的偏振成分。
鑒于所述目的，下面將描述第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。
<第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)>
附圖10A表示從上方觀察的第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，而附圖10B表示朝向箭頭方向觀察的光電轉(zhuǎn)換單元的E-E’截面。
注意為了簡(jiǎn)便，只示出了構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換單元510的像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
如附圖10A和10B所示，在光電轉(zhuǎn)換單元510的光屏蔽膜514中形成了長(zhǎng)、窄的矩形窗孔515。
<波導(dǎo)中的電磁波>
下面將對(duì)矩形波導(dǎo)中的電磁波進(jìn)行介紹，使用具有長(zhǎng)邊a和短邊b的窗孔515作為波導(dǎo)。注意假設(shè)所述矩形波導(dǎo)的壁是由理想導(dǎo)體制成的，并且該波導(dǎo)充滿了介電常數(shù)為ε、磁導(dǎo)率為μ的各向同性、同質(zhì)的介質(zhì)。
眾所周知，在矩形波導(dǎo)中傳播的電磁波是TE波(橫電波)或TM波(橫磁波)。
這里TE波(也稱為H波)是傳播方向上電場(chǎng)為零的電磁波，而TM波(也稱為E波)是傳播方向上磁場(chǎng)為零的電磁波。
下面對(duì)TE波和TM波進(jìn)行介紹。這里，將沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)邊a的方向稱為x方向，將沿著波導(dǎo)短邊b的方向稱為y方向，而TE波或TM波在波導(dǎo)中傳播的方向稱為z方向。將在各個(gè)方向上的電磁場(chǎng)分量表示為Ex、Ey、Ez、Hx、Hy和Hz，ω代表角頻率，z方向上的波數(shù)用γ表示。
<TE波>
當(dāng)波導(dǎo)中傳播的電磁波是TE波時(shí)，z方向上的磁場(chǎng)分量Hz滿足由下述公式(9)表示的波動(dòng)方程。
此外，在波導(dǎo)的橫截面內(nèi)的電磁場(chǎng)分量由公式(12)表示。這是由公式(11)的(Hz)推出的，公式(11)是通過(guò)在公式(10)的條件下求解公式(9)推出的，公式(10)表示一個(gè)邊界條件對(duì)于理想導(dǎo)電壁，電場(chǎng)的切向分量必須為零。注意m和n為非負(fù)整數(shù)并且不能同時(shí)為零。
下文中，將屬于TE波的本征模式稱為T(mén)E?；騂模，而對(duì)應(yīng)于m和n的本征模式稱為T(mén)Enm?；騂nm模。
這里，本征模式指的是Ex、Ey、Ez、Hx、Hy和Hz的集合。而且，關(guān)于本征模式的本征值(或截止常數(shù))稱為kc。
<TM波>
當(dāng)在波導(dǎo)中傳播的電磁波是TM波時(shí)，z方向上的電場(chǎng)分量Ez滿足由下述公式(13)表示的波動(dòng)方程。
(14)Ez＝0(x＝0，a或y＝0，b) 而且，在波導(dǎo)的橫截面內(nèi)的電磁場(chǎng)分量由公式(16)表示。這是由公式(15)的(Ez)推出的，公式(15)是通過(guò)在公式(14)的條件下求解公式(13)推出的，公式(14)表示一個(gè)邊界條件理想導(dǎo)電壁處的電場(chǎng)為零。注意m和n為正整數(shù)。
下文中，將屬于TM波的本征模式稱為T(mén)M?；駿模，而對(duì)應(yīng)于m和n的本征模式稱為T(mén)Mnm?；駿nm模。
<波導(dǎo)的傳輸特性>
下面將介紹波導(dǎo)的傳輸特性。
矩形波導(dǎo)中TEnm模和TMnm模的截止波長(zhǎng)λc(mn)由下述的公式(17)表示。如由公式(17)所示，波長(zhǎng)低于對(duì)各個(gè)本征模式所定義的截止波長(zhǎng)λc(mn)的光能夠穿過(guò)窗孔515。因此，將窗孔515看作是多模的。
這里，多模波導(dǎo)指的是在這樣一個(gè)范圍內(nèi)使用的波導(dǎo)在該范圍內(nèi)可以以多種模式進(jìn)行傳播。
(17)---λc(mn)=2(ma)2+(nb)2]]>不過(guò)，即使高次模的光線通過(guò)了窗孔515，如果波長(zhǎng)低于光電二極管所敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最短波長(zhǎng)(270納米)的話，那么該光線還是不能由光電二極管檢測(cè)到，并且結(jié)果與該光線根本無(wú)法穿過(guò)窗孔515的情況相同。
這里，較高次模指的是除了截止波長(zhǎng)是最長(zhǎng)的本征模式之外的本征模式。下文中，截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)的本征模式稱為主模。
在公式(17)中，在TE模的情況下，n和m是不能同時(shí)為零的正整數(shù)，而在TM模的情況下，n和m是正整數(shù)。如公式(18)所示，當(dāng)長(zhǎng)邊a和短邊b滿足關(guān)系a＞b時(shí)，TE10是主模。此外，公式(18)說(shuō)明以主模形式在波導(dǎo)中傳播的光線(電磁波)受限于一個(gè)方向上的分量。
為此，在公式(17)中，如果設(shè)置短邊b以便在第一高次模中短邊b小于能夠穿過(guò)窗孔515的光線的最短波長(zhǎng)，那么光電二極管只接收具有主模形式的光線，并因此可以將波導(dǎo)看作一個(gè)單模波導(dǎo)。此外，可以將入射光的偏振成分分離。
例如，假設(shè)高次模截止波長(zhǎng)λc(mn)和主模截止波長(zhǎng)λc(10)滿足由使用一個(gè)系數(shù)的公式(19)表示的關(guān)系。如果使用矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)邊a，則主模截止頻率λc(10)可由下述公式(20)表示。而且，如果將公式(19)和(20)代入公式(17)，則導(dǎo)出了下述公式(21)所表示的矩形波導(dǎo)的短邊b和長(zhǎng)邊a之間的關(guān)系式。
(19)λc(mn)＝αλc(10)(20)λc(10)＝2α(21)---b=n2α21-m2α2a]]>例如，在來(lái)自外部光源的低于紅外線(780納米)的入射光經(jīng)過(guò)絕緣膜16而穿過(guò)窗孔515的情況下，考慮折射率(Nr＝1.46)，如果λc(10)是780納米，λc(11)是390納米，并分別將它們代入到公式(19)和(20)中，則可以得到這樣的結(jié)果，如果窗孔515的長(zhǎng)邊a約為267.12納米且短邊b小于約154.22納米，那么窗孔515可用作至少390納米且小于780納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的單模波導(dǎo)。而且，在低于紅色波長(zhǎng)(610納米)的入射光穿過(guò)窗孔515的情況下，如果窗孔515的長(zhǎng)邊a約為208.90納米且短邊b小于約173.70納米，那么窗孔515可用作至少390納米且小于610納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的單模波導(dǎo)。類似地，在低于綠色波長(zhǎng)(540納米)的入射光穿過(guò)窗孔515的情況下，如果窗孔515的長(zhǎng)邊a約為184.93納米且短邊b小于約184.93納米，那么窗孔515可用作至少390納米且小于540納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的單模波導(dǎo)。此外，在低于藍(lán)色波長(zhǎng)(450納米)的入射光穿過(guò)窗孔515的情況下，如果窗孔515的長(zhǎng)邊a約為154.11納米且短邊b小于約154.11納米，那么窗孔515可用作至少390納米且小于450納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的單模波導(dǎo)。
<第五實(shí)施例概述>
如上所述，通過(guò)形成具有長(zhǎng)、窄的矩形形狀的窗孔，將具有與該窗孔的長(zhǎng)邊尺寸相應(yīng)的電場(chǎng)的光的偏振成分聚集在光電二極管12上。這是因?yàn)榫哂刑幱诖翱椎拈L(zhǎng)邊方向上的電場(chǎng)的光通常比具有處于短邊方向上的電場(chǎng)的光更加容易穿過(guò)該窗孔。這使得入射光的偏振成分能夠依據(jù)窗孔的短邊尺寸得以分離，并從而能夠?qū)崿F(xiàn)高畫(huà)面質(zhì)量，這是因?yàn)榉乐沽擞晒饩€的漫反射所導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號(hào)并且光電二極管12只接收所需的偏振光，并且進(jìn)一步防止了彩色信號(hào)的混雜且偏振精度得到了進(jìn)一步地提高。
<有關(guān)第五實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
注意窗孔515可以全部具有同一類型的長(zhǎng)邊尺寸，紅外線截止尺寸、紅光截止尺寸或者綠光截止尺寸。可替換的方案是，各種類型的像素可以配置相異的各自具有不同尺寸的三種類型的窗孔515之一。結(jié)果，如同在第二實(shí)施例中所介紹的光電轉(zhuǎn)換單元210一樣，在光電轉(zhuǎn)換單元510中，偏振光的選擇能力得到了提高，并產(chǎn)生了三種類型的彩色信號(hào)(三原色)。
可以形成配置在光電二極管12上方的其中具有兩種不同類型的窗孔的光屏蔽膜514，使得它們各自的長(zhǎng)邊定向在不同的方向上。這使得光傳感器12能夠接收具有不同偏振成分的光線。
如第三實(shí)施例中所介紹的光電轉(zhuǎn)換單元310中那樣，就每個(gè)窗孔而言，可以形成為多個(gè)窗孔。
此外，象第三實(shí)施例中所介紹的光電轉(zhuǎn)換單元410中那樣，可以形成兩種不同類型的多個(gè)窗孔。這里，各個(gè)窗孔的短邊尺寸既可以相同也可以不同。
<第六實(shí)施例>
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的第六實(shí)施例進(jìn)行介紹。注意與第二實(shí)施例中具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件使用了相同的附圖標(biāo)記，并且在下面的說(shuō)明中省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
<第六實(shí)施例概述>
第二實(shí)施例的主要目的是，當(dāng)從穿過(guò)濾色層217r、217g和217b的光線中再現(xiàn)各種顏色的時(shí)候，通過(guò)使用各自具有不同的截止尺寸的三種類型的窗孔，截止不需要的光線。形成對(duì)照的是，第六實(shí)施例的目的在于，通過(guò)對(duì)穿過(guò)各自具有不同截止尺寸的三種類型的窗孔的光線進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，產(chǎn)生在再現(xiàn)各種顏色的時(shí)候所需的RGB格式信號(hào)。這就取代了濾色層217r、217g和217b，這些濾色層將不在第六實(shí)施例中出現(xiàn)。
鑒于所述目的，下面將對(duì)第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置進(jìn)行介紹。
<第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置>
附圖11是說(shuō)明第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
如圖所示，固態(tài)成像裝置601由光電轉(zhuǎn)換單元610、信號(hào)放大單元620、A/D轉(zhuǎn)換單元630和信號(hào)處理單元640組成。
所述光電轉(zhuǎn)換單元610是第二實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換單元210，其中省去了濾色層。該光電轉(zhuǎn)換單元610將把穿過(guò)不同截止尺寸的窗孔的光線經(jīng)光電轉(zhuǎn)換而得到的電信號(hào)輸出給信號(hào)方法單元620。
附圖12A表示從上方觀察的第六實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，而附圖12B表示朝向箭頭方向觀察的光電轉(zhuǎn)換單元的F-F’截面。
注意為了簡(jiǎn)便，僅示出了構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換單元610的眾多像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
如附圖12A和12B所示，光電轉(zhuǎn)換單元610與光電轉(zhuǎn)換單元210的不同之處在于在光電轉(zhuǎn)換單元610中，省去了借助夾于其間的絕緣膜16而設(shè)置在不同截止尺寸的窗孔215r、215g和215b上方的濾色層217r、217g和217b。注意可以從光電轉(zhuǎn)換單元610中省去絕緣膜16。
在下文中，LIC代表依據(jù)上方設(shè)置有紅外線截止尺寸的窗孔的光電二極管進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電信號(hào)，LRC代表依據(jù)上方設(shè)置有紅光截止尺寸的窗孔的光電二極管進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電信號(hào)，而LGC代表依據(jù)上方設(shè)置有綠光截止尺寸的窗孔的光電二極管進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電信號(hào)。此外，由光電轉(zhuǎn)換單元610輸出給信號(hào)放大單元620的信號(hào)分別表示為L(zhǎng)IC、LRC和LGC。
信號(hào)放大單元620是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的放大器。信號(hào)放大單元620對(duì)由光電轉(zhuǎn)換單元610輸出的各個(gè)信號(hào)(LIC、LRC、LGC)進(jìn)行放大，并將各個(gè)經(jīng)放大的信號(hào)輸出給A/D轉(zhuǎn)換單元630。
這里，通過(guò)對(duì)LIC進(jìn)行放大所產(chǎn)生的信號(hào)稱為ALIC，通過(guò)對(duì)LRC進(jìn)行放大所產(chǎn)生的信號(hào)稱為ALRC，而通過(guò)對(duì)LGC進(jìn)行放大所產(chǎn)生的信號(hào)稱為ALGC。而且，由信號(hào)放大單元620輸出給A/D轉(zhuǎn)換單元630的信號(hào)分別表示為ALIC、ALRC和ALGC。
A/D轉(zhuǎn)換單元630是一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器。該A/D轉(zhuǎn)換單元630將由信號(hào)放大單元620輸出的各個(gè)信號(hào)(ALIC、ALRC、ALGC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將各個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元640。
這里，將通過(guò)對(duì)ALIC進(jìn)行轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)稱為DLIC，通過(guò)對(duì)ALRC進(jìn)行轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)稱為DLRC，而通過(guò)對(duì)ALGC進(jìn)行轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)稱為DLGC。而且，由A/D轉(zhuǎn)換單元630輸出給信號(hào)處理單元640的信號(hào)分別表示為DLIC、DLRC和DLGC。
信號(hào)處理單元640是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。該信號(hào)處理單元640將A/D轉(zhuǎn)換單元輸出的各個(gè)數(shù)字信號(hào)(DLIC、DLRC、DLGC)轉(zhuǎn)換為由RGB彩色系統(tǒng)顯示的紅色信號(hào)、綠色信號(hào)和藍(lán)色信號(hào)，并輸出各個(gè)彩色信號(hào)。
這里，由RGB彩色系統(tǒng)顯示的并且通過(guò)依照差分處理、校正處理等等處理對(duì)DLIC、DLRC和DLGC進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的紅色、綠色和藍(lán)色信號(hào)分別由R、G和B表示。而且，信號(hào)處理單元640輸出的信號(hào)分別表示為R、G和B。
<信號(hào)處理單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)>
所述信號(hào)處理單元640由差分矩陣保持單元641、彩色信號(hào)生成單元642、校正矩陣保持單元643和彩色信號(hào)校正單元644組成。
差分矩陣保持單元641保持著由差分系數(shù)組成的矩陣(下文中稱為“差分矩陣”)。
這里，各個(gè)差分系數(shù)是表示通過(guò)對(duì)信號(hào)DLIC、DLRC和DLGC之一進(jìn)行差分而產(chǎn)生彩色信號(hào)的系數(shù)。
彩色信號(hào)生成單元642進(jìn)行一個(gè)基于該差分矩陣的矩陣運(yùn)算，從而將輸入到信號(hào)處理單元640中的信號(hào)(DLIC、DLRC、DLGC)轉(zhuǎn)換為彩色信號(hào)(R、G、B)。
所述校正矩陣保持單元643保持著一個(gè)由校正系數(shù)組成的矩陣(下文中稱為“校正矩陣”)。
這里，各個(gè)校正系數(shù)表示對(duì)彩色信號(hào)(R、G、B)之一進(jìn)行顏色校正的系數(shù)。
彩色信號(hào)校正單元644進(jìn)行一個(gè)基于該校正矩陣的矩陣運(yùn)算，從而將由彩色信號(hào)生成單元642轉(zhuǎn)換的各個(gè)彩色信號(hào)(R、G、B)校正為理想的彩色信號(hào)。注意顏色校正就是用在彩色電視機(jī)、彩色攝影等等中的顏色校正，因此這里不作詳細(xì)介紹。
如果將RGB彩色系統(tǒng)中的彩色信號(hào)的類型表示為M，而將輸入到信號(hào)處理單元640中的信號(hào)類型表示為N，則差分矩陣由一個(gè)M乘N矩陣表示，而校正矩陣由一個(gè)M乘M矩陣表示。
<差分矩陣實(shí)例>
下面將對(duì)差分矩陣的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行介紹。注意這里假設(shè)滿足下述五個(gè)條件。
(1)由光電二極管接收到的光線是標(biāo)準(zhǔn)化為特定波長(zhǎng)的光線。
(2)光線的波長(zhǎng)和光量是根據(jù)設(shè)置在光電二極管上方的窗孔的尺寸而不同。
(3)標(biāo)準(zhǔn)化光線是依據(jù)紅光、綠光和藍(lán)光的相加過(guò)程而得到的。
(4)通過(guò)光電二極管的光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)是依據(jù)所接收到的標(biāo)準(zhǔn)化光線的波長(zhǎng)和光量而確定的。
(5)通過(guò)固態(tài)成像裝置的封接玻璃等削弱了紫外線，光電二極管幾乎接收不到任何紫外線。
而且，在彩色信號(hào)發(fā)生單元642中，通過(guò)將一個(gè)由差分矩陣保持單元641保持的差分矩陣[D]施加到由輸入到信號(hào)處理單元640中的信號(hào)(DLIC、DLRC、DLGC)組成的列向量上，得到了由RGB彩色系統(tǒng)顯示的彩色信號(hào)(R、G、B)組成的列向量，如下述公式(22)所示。
(22)---RGB=D11D12D13D21D22D23D31D32D33DLICDLRCDLGC]]>根據(jù)所規(guī)定的五個(gè)條件，通過(guò)將一個(gè)加權(quán)矩陣[W]應(yīng)用到由RGB彩色系統(tǒng)(R，G，B)所顯示的彩色信號(hào)組成的列向量上，表示出了由輸入到信號(hào)處理單元640的信號(hào)(DLIC、DLRC、DLGC)組成的列向量，如下面的公式(23)所示。注意，每個(gè)加權(quán)向量[W]的元素是至少為0且不大于1的正值。
(23)---DLICDLRCDLGC=W11W12W13W21W22W23W31W32W33RGB==W11W12W130W22W2300W33RGB]]>這里，假設(shè)，上方設(shè)置有紅外線截止尺寸的窗孔的光電二極管通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號(hào)不受紅外線的影響。同樣，假設(shè)，上方設(shè)置有紅光截止尺寸的窗孔的光電二極管通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號(hào)不受紅光的影響。而且，假設(shè)，上方設(shè)置有綠光截止尺寸的窗孔的光電二極管通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電信號(hào)不受綠光的影響。此外，假設(shè)不受影響的光線沒(méi)有加權(quán)，W21、W31和W32為0。
而且，如果上述公式(23)是相對(duì)于由RGB彩色系統(tǒng)(R，G，B)顯示的彩色信號(hào)組成的列向量進(jìn)行求解的，則得到了下述公式(24)表示的差分矩陣[D]。
(24)---D11D12D13D21D22D23D31D32D33=1W11-W12W11W22W12W23-W13W22W11W22W3301W22-W23W22W33001W33]]>這里，從上述的公式(24)中看出，D11、D22和D33表現(xiàn)為正值，而D12和D23表現(xiàn)為負(fù)值。而且，D21、D31和D32表現(xiàn)為具有0值。
而且，當(dāng)?shù)玫搅私咏綀D6和9等所顯示的理想光譜特性的光譜特性時(shí)，W13和W23加權(quán)極低，且D13的值幾乎為0。通過(guò)僅僅采用輸入到信號(hào)處理單元640中的信號(hào)(DLIC、DLRC、DLGC)之間的兩個(gè)信號(hào)差就可以產(chǎn)生由RGB彩色系統(tǒng)顯示的彩色信號(hào)。
附圖13是表示明顯偏離理想光譜特性的光譜特性的曲線圖。
如附圖13所示，能夠穿過(guò)具有紅外線截止尺寸的窗孔的光線的光譜特性由曲線651r表示，能夠穿過(guò)具有紅光截止尺寸的窗孔的光線的光譜特性由曲線651g表示，而能夠穿過(guò)具有綠光截止尺寸的窗孔的光線的光譜特性由曲線651b表示。
由曲線651r、651g和651b表示的光譜靈敏度明顯偏離于由第二實(shí)施例和第四實(shí)施例中的曲線所表示的光譜靈敏度。
不過(guò)，如曲線651r、651g和651b所示，當(dāng)光譜特性明顯偏離于理想狀態(tài)時(shí)，加權(quán)W13和W23不能忽略，并且D13的值不一定為0。而且，在這種情況下，難于通過(guò)僅對(duì)兩個(gè)信號(hào)差分來(lái)產(chǎn)生由RGB彩色系統(tǒng)(R、G、B)顯示的色彩信號(hào)，而必須考慮其它信號(hào)的影響。
如上所述，差分矩陣是由諸如窗孔的形狀和尺寸以及光電二極管的靈敏度之類的因素所限定的系數(shù)組成的。而且，如果i是1、2、3、等等，則差分矩陣的元素(i，i)表現(xiàn)為正值，而差分矩陣的元素(i，i+1)表現(xiàn)為負(fù)值。
<第六實(shí)施例概述>
如上所述，依據(jù)上方設(shè)置有不同截止尺寸的窗孔的光接收機(jī)輸出相應(yīng)于各自截止尺寸的信號(hào)，并且信號(hào)處理單元640對(duì)由光電二極管輸出的信號(hào)進(jìn)行差分處理，即使在省略掉了濾色層的固態(tài)成像裝置中也能夠得到彩色信號(hào)。
<有關(guān)第六實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
通過(guò)設(shè)置一組四個(gè)光電二極管，其各自上方具有不同類型的窗孔(分別具有紅外線截止尺寸、紅光截止尺寸、綠光截止尺寸、藍(lán)光截止尺寸)，可以產(chǎn)生四種顏色，具體講為紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)和紫外線(UV)。這里，如下述的公式(25)所示，信號(hào)處理單元640可以對(duì)光電二極管輸出的四種類型的信號(hào)進(jìn)行差分處理，并產(chǎn)生四種彩色信號(hào)(R、G、B、UV)。注意，這里的差分矩陣是4乘4矩陣。
這里，藍(lán)光截止尺寸指的是能夠使紫外線光(380納米)或更低的光線穿過(guò)但截止大于等于藍(lán)光波長(zhǎng)(450納米)的光線。
(25)---RGBUV=D11D12D13D14D21D22D23D24D31D32D33D34D41D42D43D44=DLICDLRCDLGCDLBC]]>此外，通過(guò)設(shè)置一組四個(gè)光電二極管，其各自上方具有不同類型的窗孔(分別具有最大截止尺寸、紅外線截止尺寸、紅光截止尺寸、綠光截止尺寸)，可以產(chǎn)生四種顏色，具體講，為紅外線(IR)、紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)。這里，如下述的公式(26)所示，信號(hào)處理單元640可以對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元610輸出的四種類型的信號(hào)進(jìn)行差分處理，并產(chǎn)生四種彩色信號(hào)(IR、R、G、B)。
(26)---IRRGB=D11D12D13D14D21D22D23D24D31D32D33D34D41D42D43D44=DLLCDLICDLRCDLGC]]>而且，通過(guò)設(shè)置一組五個(gè)光電二極管，其各自上方具有不同類型的窗孔(分別具有最大截止尺寸、紅外線截止尺寸、紅光截止尺寸、綠光截止尺寸、藍(lán)光截止尺寸)，可以產(chǎn)生五種顏色，具體講，為紅外線(IR)、紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)和紫外線(UV)。這里，如下述的公式(27)所示，信號(hào)處理單元640可以對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元610輸出的五種類型的信號(hào)進(jìn)行差分處理，并產(chǎn)生五種彩色信號(hào)(IR、R、G、B、UV)。
(27)---IRRGBUV=D11D12D13D14D15D21D22D23D24D25D31D32D33D34D35D41D42D43D44D45D51D52D53D54D55=DLLCDLICDLRCDLGCDLBC]]>在更一般的條件下，通過(guò)設(shè)置一組n個(gè)光電二極管，其各自上方具有n種不同類型的窗孔中的一種，可以產(chǎn)生m種顏色。這里，如下述的公式(28)所示，信號(hào)處理單元640可以對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元610輸出的n種類型的信號(hào)進(jìn)行差分處理，并產(chǎn)生m種顏色的彩色信號(hào)。注意，這里的差分矩陣是一個(gè)m乘n矩陣。
(28)---DC1DC2···DCm-1DCm=D11D12···D1n-1D1nD21D22···D2n-1D2n···············Dm-11Dm-12···Dm-1n-1Dm-1nDm1Dm2···Dmn-1DmnDL1DL2···DLn-1DLn]]>注意，可以將彩色信號(hào)產(chǎn)生單元642產(chǎn)生的彩色信號(hào)(R、G、B)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為補(bǔ)色信號(hào)(Cy、Mg、Y、G)，如下述公式(29)所示。
(29)---CyMgYeG=011101110010RGB]]>
固態(tài)成像裝置601可以是由一個(gè)芯片構(gòu)成的元件，其中該芯片中集成了光電轉(zhuǎn)換單元610、信號(hào)放大單元620、A/D轉(zhuǎn)換單元630和信號(hào)處理單元640，或者固態(tài)成像裝置也可以是這樣一種元件其中光電轉(zhuǎn)換單元610、信號(hào)放大單元620、A/D轉(zhuǎn)換單元630和信號(hào)處理單元640各自集成為單獨(dú)的芯片。
而且，象第三實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換單元310一樣，可以為一個(gè)光電二極管設(shè)置多個(gè)窗孔，或者可以象第四實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換單元410一樣，為一個(gè)光電二極管設(shè)置兩種類型的多個(gè)窗孔。
差分矩陣保持單元641可以預(yù)先保持被乘上一個(gè)校正矩陣的差分矩陣的矩陣，并且可以由彩色信號(hào)產(chǎn)生單元642產(chǎn)生進(jìn)行了顏色校正的彩色信號(hào)。而且，所產(chǎn)生的彩色信號(hào)可以按原樣輸出。
<第七實(shí)施例>
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明第七實(shí)施例進(jìn)行介紹。注意，與第六實(shí)施例具有相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件使用了相同的附圖標(biāo)記，并且在下面的說(shuō)明中省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
<第七實(shí)施例概述>
第六實(shí)施例的主要目的是，光電轉(zhuǎn)換單元通過(guò)對(duì)穿過(guò)分別具有不同的截止尺寸的三種類型的窗孔的光線所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，產(chǎn)生在不使用濾色層217r、217g和217b來(lái)再現(xiàn)各種顏色時(shí)所需要的RGB格式信號(hào)。形成對(duì)照的是，第七實(shí)施例的目的在于，允許更多的光線穿過(guò)窗孔。
鑒于所述目的，下面將對(duì)第七實(shí)施例的固態(tài)成像裝置進(jìn)行介紹。
<第七實(shí)施例的固態(tài)成像裝置>
附圖14A表示從上方觀察的第七實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換單元，而附圖14B表示朝向箭頭方向觀察的光電轉(zhuǎn)換單元的G-G’截面。
注意為了簡(jiǎn)便，僅示出了構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換單元710的眾多像素單元中的一個(gè)像素單元(二乘二像素)。
如附圖13A和13B所示，在光電轉(zhuǎn)換單元710中，在光屏蔽膜214上形成有微透鏡719r、719g和719b，以便分別覆蓋窗孔215r、215g和215b。
<第七實(shí)施例說(shuō)明>
形成在光屏蔽膜214上、且使它們覆蓋住窗孔的微透鏡使得光屏蔽膜214上方的光線聚焦到窗孔中，因此能夠使光電二極管接收更多的光線，從而提高了靈敏度。
<其它要點(diǎn)>
如果象第三和第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換單元310和410那樣對(duì)于每個(gè)光電二極管形成多個(gè)窗孔，那么可以在光屏蔽膜214上形成一個(gè)微透鏡，以使其覆蓋住相對(duì)于一個(gè)光電二極管的多個(gè)窗孔。另外，也可以形成多個(gè)微透鏡，它們各自覆蓋一個(gè)或多個(gè)窗孔。
注意，微透鏡的大小可以依據(jù)窗孔的大小而不同，或者所有的微透鏡可以具有相同的尺寸。
<第八實(shí)施例>
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的第八實(shí)施例進(jìn)行介紹。
<第八實(shí)施例概述>
附圖18表示使用棱鏡的傳統(tǒng)光譜裝置的結(jié)構(gòu)的例子。
在使用棱鏡的光譜裝置中，借助穿過(guò)棱鏡1002，依據(jù)波長(zhǎng)可以將入射光進(jìn)行分離，這是因?yàn)槔忡R1002的折射系數(shù)依波長(zhǎng)而不同。
例如，入射光1001的波長(zhǎng)是依據(jù)穿過(guò)棱鏡1002的光線1003命中與棱鏡隔開(kāi)一定距離的光譜顯示板1004的位置坐標(biāo)1005來(lái)確定的。如果光線命中光譜顯示板1004的位置坐標(biāo)1005R處，則入射光1001是紅色，如果光線命中光譜顯示板1004的位置坐標(biāo)1005G，則入射光1001是綠色，如果光線命中光譜顯示板1004的位置坐標(biāo)1005B，則入射光1001是藍(lán)光。
不過(guò)，使用這種類型的光譜裝置精確地確定光線的波長(zhǎng)是很困難的，這是因?yàn)楣饩€命中光譜顯示板的位置坐標(biāo)1005會(huì)依據(jù)很多因素發(fā)生變化，這些因素比如，光線1001入射到棱鏡1002上的角度，以及棱鏡1002和光譜顯示板1004之間的距離和角度。因此，這種類型的光譜裝置的調(diào)節(jié)要求對(duì)多個(gè)地方進(jìn)行調(diào)節(jié)的精細(xì)的操作。
因此，需要調(diào)節(jié)的地方越少，光譜裝置就越便于使用。
而且，最好對(duì)光譜裝置進(jìn)行的操作比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樾枰?xì)地設(shè)置入射到構(gòu)成固態(tài)成像裝置的光電二極管的光線的頻率和數(shù)量，以測(cè)量光電二極管的光電轉(zhuǎn)換特性。
較之使用傳統(tǒng)的棱鏡的頻譜裝置，本實(shí)施例的光譜裝置只要求對(duì)很少的地方進(jìn)行調(diào)節(jié)，并操作比較簡(jiǎn)單。
<第八實(shí)施例的光譜裝置>
附圖17A表示光譜分離一種光線類型的光譜裝置的結(jié)構(gòu)的例子。附圖17B表示光譜分離成多種光線類型的光譜裝置的例子。
當(dāng)將光線分離成多種光線類型時(shí)，將附圖17A的多個(gè)光譜裝置組裝成為一個(gè)光譜裝置(見(jiàn)附圖17B)。
當(dāng)入射光1001入射到光譜板1010上時(shí)，小于預(yù)定波長(zhǎng)的光線穿過(guò)設(shè)置在光譜板1010上的窗孔1013。
穿過(guò)窗孔1013的光線1030到達(dá)光譜顯示板1012。
例如，如果，窗孔1013是長(zhǎng)邊為230納米的矩形，則穿過(guò)窗孔的光1030是藍(lán)光波長(zhǎng)(在450納米附近)或更小波長(zhǎng)的光。
窗孔的形狀和尺寸與穿過(guò)其中的光的頻率之間的關(guān)系與第一實(shí)施例中相同。
注意，光譜板1010可由，例如鋁(Al)或鎢(W)制成。
下面將對(duì)附圖17B的光譜裝置進(jìn)行介紹，該光譜裝置包括取代了附圖17A中的光譜顯示板1012的光檢測(cè)單元。這個(gè)光譜裝置稱為光譜測(cè)量裝置。
該光譜測(cè)量裝置具有設(shè)置在一個(gè)光譜板中的具有不同尺寸的窗孔1051、1052和1053，并且穿過(guò)窗孔1051、1052和1053的光線1040分別到達(dá)光檢測(cè)器1061、1062和1063，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
這里，假設(shè)每個(gè)窗孔允許不同波長(zhǎng)或更小波長(zhǎng)的光線穿過(guò)，并且對(duì)各個(gè)窗孔的光譜特性已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)量。
已測(cè)量光譜特性的光線1040入射到窗孔(1051、1052和1053)上，并且在穿過(guò)窗孔之后，由光檢測(cè)器(1061、1062和1053)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)的電信號(hào)之間的關(guān)系來(lái)確定光線1040的光譜特性。
例如，穿過(guò)窗孔1051的光的波長(zhǎng)小于藍(lán)光波長(zhǎng)，穿過(guò)窗孔1052的光的波長(zhǎng)小于綠光波長(zhǎng)，穿過(guò)窗孔1053的光的波長(zhǎng)小于紅光波長(zhǎng)。
在這種情況下，如果穿過(guò)窗孔1051的光和穿過(guò)窗孔1052且波長(zhǎng)小于藍(lán)光波長(zhǎng)的光的光譜特性相同，則綠光波長(zhǎng)范圍的強(qiáng)度可以通過(guò)從由光檢測(cè)器1062檢測(cè)到電信號(hào)中減去由光檢測(cè)器1061檢測(cè)到的電信號(hào)而得到。同樣，紅光波長(zhǎng)范圍的強(qiáng)度可以通過(guò)從由光檢測(cè)器1063檢測(cè)到的電信號(hào)中減去由光檢測(cè)器1062檢測(cè)到的電信號(hào)而得到。
實(shí)際上，使得穿過(guò)各個(gè)窗孔的光線中的小于等于某一波長(zhǎng)的光的光譜特性保持一致的窗孔是很困難的。出于這個(gè)原因，可以通過(guò)進(jìn)行一組矩陣處理來(lái)找出所需光線的強(qiáng)度。這一矩陣處理已經(jīng)在第六實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
<有關(guān)第八實(shí)施例的其它要點(diǎn)>
(1)雖然本實(shí)施例的光譜裝置配置了一個(gè)其中具有窗孔的光譜板，但是也可以為各個(gè)窗孔設(shè)置不同的光譜板。
構(gòu)造該光譜裝置使得多個(gè)光譜板具有能夠精細(xì)調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，構(gòu)造該光譜裝置使得僅僅一個(gè)光譜板具有省去了將被省略的光譜板之間的位置調(diào)節(jié)需要的優(yōu)點(diǎn)。
(2)在具有多個(gè)窗孔且將光線分離成多個(gè)光線的光譜裝置中，光譜分離板1011起到了有效防止穿過(guò)窗孔的彼此接近的光線之間發(fā)生混合的作用。
(3)雖然本實(shí)施例的光譜裝置設(shè)置了一個(gè)使小于等于某一波長(zhǎng)的光線能夠穿過(guò)的窗孔，但是也可以設(shè)置多個(gè)同樣形狀的窗孔。
而且，也可以設(shè)置多個(gè)不同形狀的窗孔。
設(shè)置多個(gè)窗孔使得更多的光量能夠穿過(guò)這些窗孔，從而提高了光譜裝置或光譜測(cè)量裝置的SN比。如第三實(shí)施例中所介紹的那樣。
而且，通過(guò)組合具有不同形狀的窗孔，具有接近所需特性的光譜特性的光線可以通過(guò)。這在第四實(shí)施例中進(jìn)行了說(shuō)明。
(4)雖然本實(shí)施例中的窗孔是按照具有矩形形狀來(lái)進(jìn)行介紹的，但是它們也可以具有其它的形狀，例如圓形或狹縫形。
雖然已經(jīng)參照附圖借助實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳盡的說(shuō)明，但需要注意的是，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種改變和修改都將是顯而易見(jiàn)的。因此，除非這樣的改變和修改超出了本發(fā)明的范圍，否則應(yīng)當(dāng)將它們理解為已經(jīng)包含在此了。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)光電二極管，每個(gè)光電二極管將所接收的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；和光屏蔽膜，具有形成于其中的多個(gè)窗孔，該光屏蔽膜設(shè)置在所述光電二極管之上，并通過(guò)夾在所述光屏蔽膜與所述光電二極管之間的絕緣膜與所述光電二極管隔離，其中所述窗孔允許波長(zhǎng)小于預(yù)定波長(zhǎng)的光通過(guò)。
2.按照權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電二極管分別對(duì)應(yīng)于作為所獲取圖像的每個(gè)最小單元的像素，并且每個(gè)光電二極管具有設(shè)置于其上方的一個(gè)不同的窗孔。
3.按照權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中每個(gè)窗孔的形狀和尺寸是依據(jù)所述預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定的。
4.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述窗孔由N個(gè)(N為自然數(shù))不同類型的窗孔組成，對(duì)于每種類型的窗孔所述預(yù)定波長(zhǎng)是不同的，所述光電二極管的數(shù)量為N，并且所述N個(gè)光電二極管中的每一個(gè)可以具有設(shè)置在其上方的N種類型中的一種不同的窗孔。
5.按照權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，根據(jù)用于將一個(gè)其組成元素是N種類型的電信號(hào)的列向量變換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M種類型的彩色信號(hào)的列向量的M(M是自然數(shù))乘N矩陣，從由所述N個(gè)光電二極管接收的光所產(chǎn)生的N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
6.按照權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，根據(jù)一個(gè)用于校正其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該列向量的M乘M矩陣，對(duì)所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)進(jìn)行顏色校正。
7.按照權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，根據(jù)一個(gè)用于將其組成元素是所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該列向量變換為一個(gè)其組成元素是該第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量的L(L為自然數(shù))乘M矩陣，將所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，對(duì)所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)進(jìn)行顏色校正，所述顏色校正基于一個(gè)用于校正其組成元素是所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的列向量的L乘L矩陣。
9.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中每個(gè)光電二極管具有多個(gè)設(shè)置于其上方的窗孔。
10.按照權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中，設(shè)置在每個(gè)光電二極管上方的所述多個(gè)窗孔包括(i)允許小于預(yù)定波長(zhǎng)的光穿過(guò)的一個(gè)或多個(gè)窗孔，以及(ii)允許小于一個(gè)不同的預(yù)定波長(zhǎng)的光穿過(guò)的一個(gè)或多個(gè)窗孔。
11.按照權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中將所述窗孔安排成使所述窗孔的長(zhǎng)度方向彼此平行，各窗孔間的間隔小于或等于所述窗孔的長(zhǎng)度方向的尺寸。
12.按照權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中將所述窗孔安排成使所述窗孔的長(zhǎng)度方向彼此平行，各窗孔間的間隔大于或等于所述窗孔的長(zhǎng)度方向的尺寸。
13.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡是相對(duì)于一個(gè)不同的光電二極管而設(shè)置的，并且每個(gè)微透鏡覆蓋相應(yīng)的光電二極管上方的窗孔。
14.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡覆蓋一個(gè)或多個(gè)不同的窗孔。
15.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述絕緣膜具有等于或大于所述窗孔的最小尺寸、并且等于或小于由所述光電二極管進(jìn)行轉(zhuǎn)換的光的最大波長(zhǎng)的厚度。
16.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中每個(gè)窗孔具有矩形和圓形之一的形狀，和如果窗孔是矩形的，則依據(jù)所述預(yù)定波長(zhǎng)所限定的尺寸是所述窗孔的長(zhǎng)邊，如果窗孔是圓形的，則依據(jù)所述限定波長(zhǎng)所限定的尺寸是所述窗孔的直徑。
17.按照權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述預(yù)定波長(zhǎng)是形成在該窗孔上方的媒介中的近紅外光、紅光、綠光和藍(lán)光中的一種波長(zhǎng)。
18.按照權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中所述窗孔具有長(zhǎng)而窄的矩形形狀，并且將所述窗孔布置成每個(gè)窗孔的長(zhǎng)度方向被定向在同一方向。
19.按照權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中所述窗孔具有長(zhǎng)而窄的矩形形狀，相對(duì)于每個(gè)光電二極管設(shè)置多個(gè)窗孔，并且將所述多個(gè)窗孔布置成對(duì)于每個(gè)光電二極管的窗孔的長(zhǎng)度方向定向在下述方向中的一個(gè)方向(i)第一方向和(ii)與該第一方向垂直的第二方向。
20.一種信號(hào)處理裝置，用于處理由固態(tài)成像裝置輸出的N(N為自然數(shù))種電信號(hào)，該信號(hào)處理裝置包括差分矩陣保持單元，可操作地保持一個(gè)差分矩陣，該差分矩陣用于通過(guò)獲取所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)相鄰電信號(hào)之間的差，將一個(gè)其組成元素是所述N種類型的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)中的M(M為自然數(shù))種類型的彩色信號(hào)的向量；和彩色信號(hào)產(chǎn)生單元，用于基于所述差分矩陣可操作地從所述N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
21.按照權(quán)利要求20所述的信號(hào)處理裝置，還包括校正矩陣保持單元，可操作地保持校正矩陣，該校正矩陣用于校正其組成元素是所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的向量；和彩色信號(hào)校正單元，基于所述校正矩陣可操作地校正所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
22.按照權(quán)利要求20所述的信號(hào)處理裝置，還包括彩色系統(tǒng)變換矩陣保持單元，可操作地保持一個(gè)彩色系統(tǒng)變換矩陣，該彩色系統(tǒng)變換矩陣用于將其組成元素是所述第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該向量變換為一個(gè)其組成元素是第二彩色系統(tǒng)的L(L是一個(gè)自然數(shù))種彩色信號(hào)的向量；和彩色系統(tǒng)校正單元，基于所述校正矩陣可操作地校正所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
23.按照權(quán)利要求22所述的信號(hào)處理裝置，還包括校正矩陣保持單元，可操作地保持一個(gè)校正矩陣，該校正矩陣用于校正其組成元素是所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)的該向量；和彩色信號(hào)校正單元，基于所述校正矩陣可操作地校正所述第二彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
24.一種包含固態(tài)成像裝置的攝影機(jī)，所述固態(tài)成像裝置包括多個(gè)光電二極管，每個(gè)光電二極管將所接收的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；和光屏蔽膜，具有形成于其中的多個(gè)窗孔，該光屏蔽膜設(shè)置在所述光電二極管上方，并通過(guò)夾在所述光屏蔽膜與所述光電二極管之間的絕緣膜與所述光電二極管隔離，其中所述窗孔允許波長(zhǎng)小于預(yù)定波長(zhǎng)的光通過(guò)，和每個(gè)所述光電二極管分別對(duì)應(yīng)于作為所獲取圖像的每個(gè)最小單元的像素，并且每個(gè)光電二極管具有設(shè)置于其上方的一個(gè)不同的窗孔。
25.按照權(quán)利要求24所述的攝影機(jī)，其中其中所述窗孔由N個(gè)(N為自然數(shù))不同類型的窗孔組成，對(duì)于每種類型的窗孔所述預(yù)定波長(zhǎng)是不同的，所述光電二極管的數(shù)量為N，并且所述N個(gè)光電二極管中的每一個(gè)具有設(shè)置在其上方的N種類型中的一種不同的窗孔，和所述固態(tài)成像裝置還包括信號(hào)處理電路，該電路用于對(duì)分別由提供在所述窗孔上方的N個(gè)光電二極管所接收到的光產(chǎn)生的N種類型的電信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)各自的預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定所述窗孔的形狀和尺寸，和通過(guò)獲取所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與所述N種電信號(hào)中的一個(gè)相鄰電信號(hào)之間的差、基于用于將一個(gè)其組成元素是N種類型的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M為個(gè)自然數(shù))種類型的彩色信號(hào)的向量的一個(gè)差分矩陣，所述信號(hào)處理裝置從N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
26.按照權(quán)利要求24所述的攝影機(jī)，還包括一個(gè)用于處理由所述固態(tài)成像裝置輸出的N(N為自然數(shù))種類型的電信號(hào)的信號(hào)處理設(shè)備，其中，在所述固態(tài)成像設(shè)備中，所述窗孔是由N種不同類型的窗孔組成的，所述預(yù)定波長(zhǎng)對(duì)于每種類型的窗孔是不同的，所述光電二極管的數(shù)量為N，并且N個(gè)光電二極管的每一個(gè)具有設(shè)置于其上方的具有N種類型窗孔中的一種不同類型的窗孔，所述固態(tài)成像裝置將N種類型電信號(hào)輸出給信號(hào)處理裝置，所述N種類型的電信號(hào)是由其上設(shè)置有根據(jù)各自的預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定形狀和尺寸的窗孔的所述N個(gè)光電二極管各自接收的光而產(chǎn)生的，和通過(guò)獲取所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與所述N種電信號(hào)中的一個(gè)相鄰電信號(hào)之間的差、基于用于將一個(gè)其組成元素是N種類型的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M為個(gè)自然數(shù))種類型的彩色信號(hào)的向量的一個(gè)差分矩陣，所述信號(hào)處理裝置從N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
27.按照權(quán)利要求24所述的攝影機(jī)，還包括至少多于一個(gè)的固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置總數(shù)為N，且在每個(gè)固態(tài)成像裝置中所述窗孔由N(N為自然數(shù))種不同類型的窗孔組成，對(duì)于每種類型的窗孔所述預(yù)定波長(zhǎng)是不同的，所述光電二極管總數(shù)為N個(gè)，并且所述N個(gè)光電二極管中的每一個(gè)具有設(shè)置在其上方的N種類型的窗孔中的一個(gè)不同類型的窗孔；和信號(hào)處理裝置，用于處理由所述固態(tài)成像裝置輸出的N種類型的電信號(hào)，其中所述固態(tài)成像裝置將N種類型電信號(hào)輸出給信號(hào)處理裝置，所述N種類型的電信號(hào)是分別由其上設(shè)置有根據(jù)各自的預(yù)定波長(zhǎng)來(lái)限定形狀和尺寸的窗孔的光電二極管所接收的光產(chǎn)生的，和通過(guò)獲取所述N種類型的電信號(hào)中的電信號(hào)與所述N種電信號(hào)中的相鄰電信號(hào)之間的差、基于用于將一個(gè)其組成元素是N種類型的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)的M(M為個(gè)自然數(shù))種類型的彩色信號(hào)的向量的一個(gè)差分矩陣，所述信號(hào)處理裝置從N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生第一彩色系統(tǒng)的彩色信號(hào)。
28.一種包含光譜單元的光譜裝置，其中所述光譜單元包括一個(gè)不透明的部件，該不透明的部件與來(lái)自光源的光的路徑不平行，并且所述部件具有位于該路徑與該部件相交的位置的窗孔，所述窗孔允許波長(zhǎng)小于預(yù)定波長(zhǎng)的光通過(guò)。
29.按照權(quán)利要求28所述的光譜裝置，還包括光檢測(cè)單元，依據(jù)光的密度該光檢測(cè)單元可操作地將所述光譜單元分離出的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
30.按照權(quán)利要求29所述的光譜裝置，還包括差分矩陣保持單元和信號(hào)處理單元，其中所述差分矩陣保持單元可操作地保持一個(gè)差分矩陣，該矩陣用于通過(guò)獲取所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)電信號(hào)與所述N種類型的電信號(hào)中的一個(gè)相鄰的電信號(hào)之間的差，將一個(gè)其組成元素是所述N種類型的電信號(hào)的向量轉(zhuǎn)換為一個(gè)其組成元素是第一彩色系統(tǒng)中的M(M為自然數(shù))種類型的彩色信號(hào)的向量；和所述信號(hào)處理單元可操作地從所述N種類型的電信號(hào)中產(chǎn)生M種類型的電信號(hào)。
全文摘要
在光電二極管上方形成光屏蔽膜，所述光電二極管將所接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在所述光電二極管和所述光屏蔽膜之間夾有絕緣膜。在截止膜中形成窗孔，以致截止所述光電二極管敏感的光線的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的至少預(yù)定波長(zhǎng)的光線，允許低于所述預(yù)定波長(zhǎng)的光線穿過(guò)。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1538528SQ200410043100
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者山口琢己, 上田大助, 助, 片山琢磨, 磨, 成, 勝野元成, 吉田真治, 治 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社