(57)【要約】【課題】可視光用の光検知器と赤外光用の光検知器とを積層させることなく、赤外光検知器の感度を高める。【解決手段】本開示の固体撮像素子は、実施形態において、第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂが撮像面内で二次元的に配列された光検知器アレイ１００を備える。各第１光検知器Ａに対して交差する複数の異なった方向に位置する第２光検知器Ｂが第１光検知器Ａに隣接している。また、この固体撮像素子は、各々が回折格子４０を含む複数の分光素子３が二次元的に配列された分光素子アレイ２００であって、複数の分光素子３がそれぞれ複数の第１光検知器Ａに対向するように構成された分光素子アレイ２００を備える。分光素子３は、回折により、対向する第１光検知器Ａに第１の波長範囲の光を入射させ、かつ、この第１光検知器Ａに隣接する第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光を入射させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１光検知器および複数の第２光検知器が撮像面内で二次元的に配列された光検知器アレイであって、各第１光検知器に対して複数の第２光検知器のいずれかが隣接している光検知器アレイと、
各々が回折格子を含む複数の分光素子が二次元的に配列された分光素子アレイであって、前記複数の分光素子の各々が前記複数の第１光検知器の対応する１つに対向する分光素子アレイと、
を備え、
前記分光素子アレイは、
光入射面および光出射面を有する透明層と、
前記透明層中に配置され、前記透明層の屈折率よりも高い屈性率を有する材料から形成された複数の高屈折率体と、
を含み、前記複数の高屈折率体が各分光素子の前記回折格子を構成しており、
各分光素子の前記回折格子は、前記第１光検知器の中央に対向する位置で局所的に拡大した格子間隔を有し、かつ、その位置には前記高屈折率体が存在せず、
前記回折格子は、対向する第１光検知器に第１の波長範囲の光を入射させ、かつ、前記第１光検知器に隣接する前記第２光検知器に第２の波長範囲の光を入射させるように構成されている、固体撮像素子。
【請求項２】
各分光素子の前記回折格子は、前記複数の高屈折率体がストライプ状または同心状に配列された構造を有している、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の波長範囲の光は可視光であり、前記第２の波長範囲の光は赤外光である請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、行および列状に交互に配列されている請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、チェッカーボードパターンを形成するように配列されており、
前記複数の分光素子の各々は、前記複数の第２光検知器のうち、対向する第１光検知器に隣接する４個に前記第２の波長範囲の光を入射させる請求項１から４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、ストライプパターンを形成するように配列されており、
前記複数の分光素子の各々は、前記複数の第２光検知器のうち、対向する第１光検知器に隣接する２個に前記第２の波長範囲の光を入射させる請求項１から４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
各分光素子の前記回折格子を透過した光を、前記分光素子に対向する前記第１光検知器に集光する屈折率分布を有する光導波路構造が前記光検知器アレイと前記分光素子アレイとの間に設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
複数の異なる透過特性を有するカラーフィルタが配列されたカラーフィルタアレイを備え、
前記第１光検知器は、可視光の透過を許容するカラーフィルタによって覆われ、
前記第２光検知器は、可視光の透過を抑制またはカットするカラーフィルタによって覆われている請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が出力する電気信号を処理する信号処理部と、
前記固体撮像素子の撮像面に像を形成するための光学系と、
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子、および当該固体撮像素子を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、シリコン（Ｓｉ）基板に多数の光検知器（フォトディテクタ）を形成することによって作製され、各光検知器に入射した光の量に応じた電気信号を光電変換によって生成するデバイスである。光検知器は、典型的にはシリコン基板に形成したフォトダイオードである。光検知器に入射した光は、シリコンに吸収されて電子・正孔の対を生成する。個々の光検知器を「画素」と称する場合がある。
【０００３】
近年、光の可視帯域だけでなく、赤外帯域も含む広い波長領域での検出を可能とする固体撮像素子の開発が進められている。例えば特許文献１では、可視帯域の光を検出する光検知器（赤色光検知器、緑色光検知器、青色光検知器）と赤外帯域の光を検出する光検知器（赤外光検知器）を同一平面に配列した固体撮像素子が開示されている。この固体撮像素子は、従来のベイヤー型配列の１ユニットを構成するＲＧＢＧの４画素のうちの１つの緑色光検知器を赤外光検知器に置き換えることにより、昼間の可視帯域の光を利用した色再現と、夜間の赤外帯域の光を利用した被写体検出を両立して昼夜連続の利用を可能とする。しかし、通常のカラーフィルタでは赤外帯域の光を透過してしまう。そのため、各ＲＧ青色光検知器に入射する赤外成分は色再現性の低下要因となる。また、シリコンの光吸収率は、可視帯域よりも赤外帯域のほうが小さい。
【０００４】
図２４は、シリコンの表面に対して垂直に入射した光が、シリコンの表面から深さ４μｍまでの領域で吸収される割合（吸収率）と入射光の波長との関係を示すグラフである。グラフの横軸は入射光の波長、縦軸は吸収率である。図２４から分かるように、青波長（４００〜５００ｎｍ）の光は、表面から深さ４μｍまでの領域で、ほぼ１００％が吸収される。入射光の波長が長くなるに従って、その吸収率は低下し、近赤外（８００〜９００ｎｍ）の光は１〜２割程度しか吸収されない。すなわち、赤外線（以下、「赤外光」と称する）は、シリコンの表面領域ではほとんど吸収されず、深い領域まで透過する。
【０００５】
なお、本明細書では、４００ｎｍ〜７００ｎｍを可視光の波長範囲と定義し、７００ｎｍ〜２．５μｍを赤外光の波長範囲と定義する。また、赤外光をＩＲ光と略記する場合がある。
【０００６】
特許文献２は、特定の画素に対向する位置に回折格子を配置し、特定波長域の可視光を当該画素に隣接する画素に入射させることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６０６６号公報
【特許文献２】米国特許第７８０８０２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来の固体撮像素子には、赤外光に対する感度が低いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の固体撮像素子は、複数の第１光検知器および複数の第２光検知器が撮像面内で二次元的に配列された光検知器アレイであって、各第１光検知器に対して複数の第２光検知器のいずれかが隣接している光検知器アレイと、各々が回折格子を含む複数の分光素子が二次元的に配列された分光素子アレイであって、前記複数の分光素子の各々が前記複数の第１光検知器の対応する１つに対向する分光素子アレイとを備える。前記分光素子アレイは、光入射面および光出射面を有する透明層と、前記透明層中に配置され、前記透明層の屈折率よりも高い屈性率を有する材料から形成された複数の高屈折率体とを含み、前記複数の高屈折率体が各分光素子の前記回折格子を構成している。各分光素子の前記回折格子は、前記第１光検知器の中央に対向する位置で局所的に拡大した格子間隔を有し、かつ、その位置には前記高屈折率体が存在せず、前記回折格子は、対向する第１光検知器に第１の波長範囲の光を入射させ、かつ、前記第１光検知器に隣接する前記第２光検知器に第２の波長範囲の光を入射させるように構成されている。
【００１０】
ある実施形態において、各分光素子の前記回折格子は、前記複数の高屈折率体がストライプ状または同心状に配列された構造を有している。
【００１１】
ある実施形態において、前記第１の波長範囲の光は可視光であり、前記第２の波長範囲の光は赤外光である。
【００１２】
ある実施形態において、前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、行および列状に交互に配列されている。
【００１３】
ある実施形態において、前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、チェッカーボードパターンを形成するように配列されており、前記複数の分光素子の各々は、前記複数の第２光検知器のうち、対向する第１光検知器に隣接する４個に前記第２の波長範囲の光を入射させる。
【００１４】
ある実施形態において、前記第１光検知器および前記第２光検知器は、前記撮像面内において、ストライプパターンを形成するように配列されており、前記複数の分光素子の各々は、前記複数の第２光検知器のうち、対向する第１光検知器に隣接する２個に前記第２の波長範囲の光を入射させる。
【００１５】
ある実施形態において、各分光素子の前記回折格子を透過した光を、前記分光素子に対向する前記第１光検知器に集光する屈折率分布を有する光導波路構造が前記光検知器アレイと前記分光素子アレイとの間に設けられている。
【００１６】
ある実施形態において、複数の異なる透過特性を有するカラーフィルタが配列されたカラーフィルタアレイを備え、前記第１光検知器は、可視光の透過を許容するカラーフィルタによって覆われ、前記第２光検知器は、可視光の透過を抑制またはカットするカラーフィルタによって覆われている。
【００１７】
本開示の撮像装置は、上記いずれかの固体撮像素子と、前記固体撮像素子が出力する電気信号を処理する信号処理部と、前記固体撮像素子の撮像面に像を形成するための光学系とを備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本開示の実施形態では、分光素子アレイがなければ可視光検知器に入射する赤外光を、分光素子アレイにより、赤外光検知器に入射することも可能になる。その結果、赤外光の感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示に係る固体撮像素子１０００の基本構成の概略を示す模式的斜視図である。
【図２】（ａ）は、本開示の実施形態における第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂの配列パターンの例を示す平面図であり、（ｂ）は、第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂの配列パターンの他の例を示す平面図である。
【図３】本開示の実施形態に使用され得る分光素子アレイ２００の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図４Ａ】１つの分光素子３が、それに対向する第１光検知器Ａに隣接する２個の第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光（点線）を入射させる様子を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】分光素子３が、それに対向する第１光検知器Ａに第１の波長範囲の光（点線）を入射させる様子を模式的に示す図である。
【図５Ａ】複数の高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０の一例を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】複数の高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０の他の例を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】複数の高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０の更に他の例を模式的に示す図である。
【図５Ｄ】複数の高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０の更に他の例を模式的に示す図である。
【図６Ａ】１つの分光素子３が、それに対向する第１光検知器Ａに隣接する４個の第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光（点線）を入射させる様子を模式的に示す図である。
【図６Ｂ】分光素子３が、それに対向する第１光検知器Ａに第１の波長範囲の光（点線）を入射させる様子を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）は、実施形態１における回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの配置例を示す平面図、（ｂ）は、カラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、９ＩＲの配置例を示す平面図、（ｃ）は光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配置例を示す平面図である。
【図８】（ａ）は図７のａ−ａ線断面図であり、（ｂ）は図７のｂ−ｂ線断面図である。
【図９】解析対象とする領域の中心に位置する分光素子に光を入射させた場合の、断面内強度分布を示す図であり、（ａ）は波長４５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｂ）は波長５５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｃ）は波長６５０ｎｍの光の強度分布を示す図である。
【図１０】実施形態１における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。
【図１１】本実施形態１における回折格子４０の中央の格子間隔と、赤色、緑色、青色光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにおける検出光量との関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は、実施形態１における回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの配置例を示す平面図、（ｂ）は、カラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、９ＩＲの配置例を示す平面図、（ｃ）は光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配置例を示す平面図である。
【図１３】（ａ）は図１２のａ−ａ線断面図であり、（ｂ）は図１２のｂ−ｂ線断面図である。
【図１４】解析対象とする領域の中心に位置する分光素子に光を入射させた場合の、断面内強度分布を示す図であり、（ａ）は波長４５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｂ）は波長５５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｃ）は波長６５０ｎｍの光の強度分布を示す図である。
【図１５】実施形態２における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。
【図１６】実施形態３の構成を示す断面図である。
【図１７】実施形態３における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、比較例１における固体撮像素子の断面構成図である。
【図１９】比較例１におけるカラーフィルタの配列パターンを示す平面図である。
【図２０】比較例１における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は、比較例２における固体撮像素子の断面構成図であり、（ｃ）は比較例２における回折格子の配置を示す平面図である。
【図２２】比較例１における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。
【図２３】比較例２において、解析対象とする領域の中心に位置する分光素子に光を入射させた場合の断面内強度分布を示す図であり、（ａ）は波長４５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｂ）は波長５５０ｎｍの光の強度分布を示し、（ｃ）は波長６５０ｎｍの光の強度分布を示す図である。
【図２４】シリコンにおける光吸収率の波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１から図５Ｂを参照しながら、本開示における固体撮像素子の実施形態の基本構成を説明する。
【００２１】
まず、図１を参照する。図１には、本開示に係る固体撮像素子１０００の基本構成の概略が模式的に示されている。固体撮像素子１０００は、多数の光検知器５が撮像面１００ａ内で二次元的に配列された光検知器アレイ１００と、光検知器アレイ１００に対向するように配置された分光素子アレイ２００とを備えている。光検知器アレイ１００の撮像面１００ａの水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸、撮像面に垂直な方向をｚ軸とする。本明細書では、波長域または色成分の異なる光を空間的に分離することを「分光」と称する。また、光を検知する空間的な最小単位を「光検知セル」または「画素領域」と称する場合がある。
【００２２】
被写体からの光は、撮影レンズ（不図示）を介して、図１の上方から分光素子アレイ２００に入射し、その後、光検知器アレイ１００に達する。光検知器アレイ１００は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサなどの固体撮像素子における光検出部である。各光検知器５は、典型的には単結晶シリコンのチップ内に形成されたフォトダイオードなどの光電変換素子である。光検知器５が形成される半導体はシリコンに限定されず、他の無機半導体または有機半導体であってもよい。本開示の実施形態において、光検知器アレイ１００の構造そのものは特に限定されず、多様な構造が採用され得る。
【００２３】
本開示における光検知器アレイ１００は、上述のように、撮像面１００ａ内で二次元的に配列された多数の光検知器５を備えている。これらの光検知器５は、例えば図２に示すように配列された複数の第１光検知器Ａおよび複数の第２光検知器Ｂを含んでいる。第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂは、それぞれ、異なる波長範囲の光を受けて電気信号に変換する。本開示において、第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂの配列は特定の規則性を有している。ある態様では、光検知器アレイ１００内から任意に選択した１個の第１光検知器Ａに着目すると、その第１光検知器Ａに対して交差する複数の異なった方向に位置する第２光検知器Ｂが、その第１光検知器Ａに隣接している。以下、図２を参照しながら、この点をより詳しく説明する。なお、光検知器５の配列パターンは、図２（ａ）、（ｂ）に示される例に限定されない。
【００２４】
まず、図２（ａ）を参照する。図２（ａ）の例では、第１光検知器Ａの各々に対して直交する２つの方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に位置する４個の第２光検知器Ｂが、第１光検知器Ａに隣接している。言い換えると、第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂは、チェッカーボードのパターンを構成するように行および列状に交互に配列されている。
【００２５】
図２（ａ）に示される四角形のセルの各々は、個々の光検知器５が設けられる画素領域を示している。光検知器５は、少なくとも１つの光電変換素子を含み、他にスイッチングトランジスタなどの素子を含み得る。光電変換素子は典型的にはフォトダイオードである。光検知器アレイ１００は、例えばＣＭＯＳまたはＣＣＤから構成されるイメージセンサの受光部であり、公知の半導体製造技術によって製造される。光検知器アレイ１００では、各光検知器を不図示の読み出し回路に接続するための配線が設けられている。しかし、図２では、簡単のため、これらの配線を記載していない。
【００２６】
図２（ａ）の例において９０°の角度で交差している２つの方向は、９０°以外の角度で交差していても良い。また、光検知器５の行および列は、撮像面内の水平方向および垂直方向から傾斜していても良い。また、図２（ａ）の例において、偶数番目の行だけ奇数番目の行に対して１画素分だけ、ｘ軸方向にシフトして配置でもよい。その場合、ストライプパターンを構成するように第１光検知器Ａの列と第２光検知器Ｂの列とが交互に配置されている。
【００２７】
次に、図２（ｂ）を参照する。図２（ｂ）の例では、ある１個の第１光検知器Ａに注目すると、その第１光検知器Ａに対して１２０°の角度で交差する３つの方向に位置する３個の第２光検知器Ｂが、その第１光検知器Ａに隣接している。言い換えると、図２（ｂ）の例では、６個の光検知器５から構成される六角形の基本ユニットが撮像面内に緻密に並べられている。各基本ユニット内では、第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂが６角形の中心の周りに交互に配列されている。この例において、１２０°の角度で交差している３つの方向は、１２０°以外の角度で交差していても良い。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）に示されている第１光検知器Ａは、ある態様において、可視光検知器として機能する。第１光検知器Ａの上方には、第１光検知器Ａの位置に応じて光透過特性の異なるカラーフィルタが配置され得る。例えばグリーン（Ｇ）を透過するＧフィルタが、ある第１光検知器Ａを覆っている場合、その第１光検知器Ａは、Ｇ用の光検知器とし機能し、Ｇ光の光量に応じて電気信号を生成する。他の色でも同様である。第１光検知器Ａによってフルカラーの画像を取得する場合、例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）のように３原色を構成するカラーの各々を透過するカラーフィルタがモザイク状に配列されて第１光検知器Ａを覆う。また、モノクロ画像を取得する固体撮像素子では、カラーフィルタが個々の第１光検知器Ａを覆う必要はない。一方、第２光検知器Ｂは、典型的には赤外光検知器として機能する。この場合、前述した特許文献１の素子とは異なり、本開示における赤外光検知器は可視光検知器の下層に設けられていない。なお、本明細書における「赤外光検知器」は、赤外の広い波長範囲に含まれるいずれかの波長を有する光（電磁波）をすべて検知する能力を持つ必要はなく、検知できる光の波長が赤外の範囲に含まれていればよい。従って、例えば８５０ｎｍおよびその近傍の波長を有する光のみを検知することができる光検知器は、本明細書における「赤外光検知器」に含まれる。
【００２９】
第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂが規則的に配列された撮像面１００ａは、前述のように、分光素子アレイ２００に対向している。分光素子アレイ２００は、それぞれが１個の第１光検知器Ａに対向する複数の分光素子を備えている。以下、分光素子アレイ２００の構成例を説明する。
【００３０】
図３は、本開示の実施形態に使用され得る分光素子アレイ２００の一例を模式的に示す斜視図である。図３では、分光素子アレイ２００において５個の分光素子３を含む領域のみが記載されている。これら５個の分光素子３は、それぞれ、撮像面１００ａにおける５個の第１光検知器Ａに対向している。
【００３１】
分光素子アレイ２００は、光入射面２ａおよび光出射面２ｂを有する透明層２と、この透明層２中に配置され、透明層２の屈折率よりも高い屈性率を有する材料から形成された複数の高屈折率体４とを含み、複数の高屈折率体４が各分光素子３の回折格子４０を構成している。各分光素子３の回折格子４０は、第１光検知器Ａの中央に対向する位置で局所的に拡大した格子間隔を有し、かつ、その位置には高屈折率体４が存在しない。回折格子４０は、対向する第１光検知器Ａに第１の波長範囲の光を入射させ、かつ、第１光検知器Ａに隣接する第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光を入射させるように構成されている。
【００３２】
ここで、「第１の波長範囲」は、典型的には可視域の全体または一部であり得る。また、「第２の波長範囲」は、典型的には赤外域の全体または一部であり得る。「第１の波長範囲」と「第２の波長範囲」とは、部分的に重複していてよく、完全に分離されている必要は無い。
【００３３】
以下、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら、回折格子４０によって分光の様子を説明する。
【００３４】
図４Ａは、青色用の光検知器として機能する第１光検知器Ａに対向する位置に設けられる分光素子３の概略構成を示す斜視図である。この例では、青色用の光検知器として機能する第１光検知器Ａに対してｘ軸およびｙ軸方向に隣接する４個の第２光検知器Ｂは赤外光用の光検知器として機能する。高屈折率体４は、その周囲の透明層２よりも相対的に屈折率が高い材料から形成されており、周囲との間で屈折率差を有している。このような屈折率差のため、高屈折率体４の内部および外部を伝播する光に位相差が発生する。式（１）は高屈折率体４を光が通過したときの光の位相を示す式である。
Δφ＝２π／λ×（ｎ１−ｎ２）×ｈ  （１）
【００３５】
ここで、λは入射する光の波長を示し、ｎ１は高屈折率体４の屈折率を示し、ｎ２は透明層２の屈折率を示し、ｈは高屈折率体４の高さを示す。例えば、ｎ１を２．０、ｎ２を１．４６、ｈを０．８μｍとした場合、波長８５０ｎｍの光の位相はπとなり、±１次光となって分離し、ｘ軸方向に隣接する２個の第２光検知器Ｂ（赤外光用の光検知器）に入射する。また、波長４５０ｎｍの青色の光の位相は２πの整数倍となるため、位相差は発生せず、０次光として、そのまま青色用の光検知器５Ｂに入射する。高屈折率体４の高さを調整することにより、所望の波長の光を分離することができる。
【００３６】
なお、図４Ａおよび図４Ｂに模式的に示されている光線は、平行光線のように記載されているが、不図示のマイクレンズなどによって集光されていてもよい。また、回折格子４０は、ストライプ状に配列された高屈折率体４によって構成されている必要は無く、高屈折率体４の延伸する方向が場所によって回転していてもよい。
【００３７】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄは、それぞれ、複数の高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０の例を模式的に示す図である。
【００３８】
図５Ａの例では、１つの分光素子３が、四角形の形状を有する高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０によって、それに対向する第１光検知器Ａに隣接する４個の第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光を入射させることができる。一方、図５Ｂの例では、１つの分光素子３が、三角形の形状を有する高屈折率体４が同心状に配列された回折格子４０によって、それに対向する第１光検知器Ａに隣接する３個の第２光検知器Ｂに第２の波長範囲の光を入射させることができる。
【００３９】
図５Ｃの例では、ｘｙ面内において高屈折率体４が延びる方向が変わる部分の一部が欠落している。高屈折率体４が延びる方向が変わる部分は、丸められていても良い。図５Ｄの例では、高屈折率体４の個数が３個である。１個の回折格子４０を構成する高屈折率体４の個数および形状は、画素領域の中央で格子間隔が拡大し、かつ、中央部に高屈折率体４が存在しない構成であれば、特に制限は無く、多様であり得る。
【００４０】
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、分光素子３が図５Ａの回折格子４０を有する場合の分光の様子を説明する。
【００４１】
図６Ａは、青色用の光検知器として機能する第１光検知器Ａに対向する位置に設けられる他の分光素子３の概略構成を示す斜視図である。この例でも、青色用の光検知器として機能する第１光検知器Ａに対してｘ軸およびｙ軸方向に隣接する４個の第２光検知器Ｂは赤外光用の光検知器として機能する。式（１）においてｎ１を２．０、ｎ２を１．４６、ｈを０．８μｍとした場合、波長８５０ｎｍの光の位相はπとなり、赤外光および可視光を含む入射光が、このような構成を有する回折格子４０を透過するとき、赤外光の波長を有する光は、回折格子４０によって回折され、±１次光が形成される。この±１次光が第１光検知器Ａに対してｘ軸およびｙ軸方向に隣接する４個の第２光検知器Ｂ（赤外光用の光検知器）に入射するように回折格子４０が構成されている。一方、波長４５０ｎｍの青色の光の位相は２πの整数倍となるため、位相差は発生せず、０次光として、そのまま青色用の光検知器５Ｂに入射する。高屈折率体４の高さを調整することにより、青色以外の色の波長を有する光について、位相差が発生しないようにすることもできる。高屈折率体４の高さを調整することにより、所望の波長の光を分離することができる。
【００４２】
なお、分光素子３に入射した第１の波長範囲の光は、図４Ｂおよび図６Ｂに示したように、（カラーフィルタが無ければ）第１光検知器Ａに入射する。第１光検知器Ａ上にカラーフィルタが配置されている場合は、分光素子３およびカラーフィルタを透過した光が第１光検知器Ａに入射する。
【００４３】
再び図３を参照する。分光素子３が上方に配置されていない第２光検知器Ｂには、分光素子アレイ２００のうちで分光素子３が無い領域を通過した光が直接に入射し得る。このような直接光に加え、上記の分光素子３の働きにより、本来的には第１光検知器Ａに入射したであろう第２の波長範囲の光が第２光検知器Ｂに入射する。このようにして第２光検知器Ｂには第２の波長範囲の光が集中して入射するため、その光の感度が向上する。第２光検知器Ｂの真上に第１の波長範囲の光をカットまたは減衰させるカラーフィルタが配置されていれば、第２光検知器Ｂの第２の波長範囲の光に対する感度は更に向上する。
【００４４】
このように分光素子３は、第１光検知器Ａに対向する位置に配置されているが、全ての第１光検知器Ａに対向する位置に必ず分光素子３が存在する必要は無い。例えば特定の色を検知する第１光検知器Ａに対しては分光素子３を対向させないような形態も採用可能である。また、分光素子３の一部が規則的またはランダムなパターンで間引かられていても、残りの分光素子３の働きにより、全体として赤外光検知の感度は向上する。
【００４５】
なお、図１の構成において、分光素子アレイ２００よりも上側（光検知器アレイ１００から離れる側）に、特定波長域の光線をカットするフィルタ層が配置されていても良い。例えば、取得したい赤外画像を構成する必要のない波長域に属する赤外光をカットする赤外カットフィルタ層が配置されていてもよい。そのような赤外カットフィルタが設けられていても、その赤外カットフィルタを透過する赤外光が存在するため、必要な帯域の赤外光による画像は取得され得る。
【００４６】
以下、本開示の実施形態をより詳細に説明する。
【００４７】
（実施形態１）
図７（ａ）は、本実施形態における回折格子４０の配置例を示す平面図、図７（ｂ）は、カラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、９ＩＲの配置例を示す平面図、図７（ｃ）は光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配置例を示す平面図である。
【００４８】
図７（ａ）に示されている回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、任意の波長の赤外光に対してπの位相差を形成するように構成されたストライプ状の高屈折率体４を有している。これにより、可視光と赤外が同時入射した場合において、赤外光は効率よく所望の方向に回折することができ、可視光は位相差がπとは異なる為、直下の光検出器に入射させることができる。
【００４９】
図７（ｂ）のカラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは、それぞれ、図７（ｃ）に示される光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、すなわち第１光検知器Ａを覆っており、回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを透過した可視光がそれぞれ光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに入射するように配置されている。図７（ｃ）において、グレイの矩形領域が、赤外光が入射する光検知器５ＩＲ、すなわち第２光検知器Ｂが位置する画素領域である。カラーフィルタ９ＩＲは、赤外光を検知するための光検知器５ＩＲを覆っており、可視光をカットする。このようなカラーフィルタ９ＩＲは、例えばカラーフィルタ９Ｒとカラーフィルタ９Ｂとを積層することによって簡単に得られる。
【００５０】
図７（ｂ）に示されるように、この例のカラーフィルタによれば、着目する３行３列に配列された９個のカラーフィルタのうち、４個のカラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｇ、９Ｂが可視光を透過し、５個のカラーフィルタ９ＩＲが赤外光を透過する。可視光を透過する４個のカラーフィルタには、グリーン（Ｇ）を透過するフィルタが２個含まれている。これは、人間の視感度はグリーン（Ｇ）で最も高くなるため、グリーン（Ｇ）の受光量を多くするためである。図７（ｂ）の配列は、通常のベイヤー配列に赤外光検知のための画素領域を挿入した構成を有している。
【００５１】
図７（ｃ）では、チェッカーボードパターンの中に、破線の正方形の領域が記載されており、破線の正方形の領域の各々が、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの受光領域（光検知領域）を模式的に示している。言い換えると、図７（ｃ）では、相対的に大きな実線の正方形の画素領域の内部に、相対的に小さな破線の正方形の光検知領域が存在している。すなわち、画素領域の全体が光電変換を行う光検知領域（例えばフォートダイオード）である必要はない。光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲは、光検知領域以外の素子領域を含み、光検知領域の平面形状は、画素領域の外形形状と一致する必要はない。本実施形態において、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲにおける光検知領域の各々は、相互に接触しておらず、撮像面に平行な方向に離隔している。図２、図３、図５Ａ、図５Ｂなどの図面では、簡単のため、正方形の平面形状を有する第１光検知器Ａおよび第２光検知器Ｂが相互に接触しているように記載されているが、現実の固体撮像素子において、第１光検知器Ａと第２光検知器Ｂとが接している必要はない。また、配線および遮光金属層が第１光検知器Ａと第２光検知器Ｂとの間に存在し得るが、上記の図面では、それらの記載が省略されている。
【００５２】
図８（ａ）は図７のａ−ａ線断面図であり、図７（ｂ）は図７のｂ−ｂ線断面図である。図８に示されるように、本実施形態における分光素子アレイ２００は、低屈折率の透明層２と、透明層２内に埋め込まれた高屈折率体４とを備えている。また、分光素子アレイ２００上には、カラーフィルタ９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲ、およびトップレンズ（マイクロレンズ）１０が設けられている。図８の例では、カラーフィルタ９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲが高屈折率体４よりも光入射側に配置されているが、カラーフィルタ９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲは高屈折率体４と光検知器アレイ１００との間に配置されていてもよい。
【００５３】
本実施形態における光検知器アレイ１００は、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲが形成されたシリコン基板５０と、シリコン基板５０上に設けられた遮光金属層６とを備えている。また、透明層２の中には金属配８が設けられている。遮光金属層６は、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの境界部分を遮光するようにパターニングされた金属膜から形成されている。透明層２は、例えばＳｉＯ2などの透明絶縁材料から形成され、シリコン基板５０の主面を覆っている。金属配線８は、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲを駆動回路などの周辺回路に電気的に接続する機能を担っている。個々のトップレンズ１０は、対応するカラーフィルタ９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲの各々を覆う位置に設けられており、集光率を高めて開口率を実質的に上昇させる。
【００５４】
入射光１２は、トップレンズ１０を透過した後、分光素子アレイ２００に入射する。入射光１２は、カラーフィルタ９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲの何れかを透過し、光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの何れかに入射する。光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲは、それぞれ、入射光量に応じた電気信号を光電変換によって生成する。
【００５５】
分光素子アレイ２００の働きにより、分光素子３が無ければ光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに入射したであろう赤外光の少なくとも一部は、その光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに隣接する光検知器５ＩＲに入射する。赤外光のうち、特に検出したい成分の波長（例えば８５０ｎｍ）に合わせて回折格子の構成が調整され得る。透明層２の厚さは回折格子４０によって分離される赤外光が、隣接する赤外光検知器５ＩＲに入射するように調整し、トップレンズ１０の曲率半径は回折光が光検知器付近で集光するように調整した。
【００５６】
図８の分光素子アレイ２００は、例えば以下のようにして作製され得る。
【００５７】
まず、公知の薄膜堆積技術により、遮光金属層６が形成されたシリコン基板５０上にＳｉＯ2等の透明層２を成長させる。途中、金属配線８を形成する工程を行う。その後、ＳｉＯ2等の透明層２の成長を再開する。その後、パターニングされた透明層２を覆うように例えばＳｉＮ等の相対的に高い屈折率を有する透明材料（高屈折材料）の層を堆積する。次に、この高屈折材料の層を最表面からエッチングして、透明層２の表面を露出させる。内部に高屈折材料の構造物（高屈折率体４）が埋め込まれた透明層２を得ることができる。エッチング条件を調整することにより、高屈折率体４および透明層２の表面（エッチングされた面）は十分に平坦化され得る。分光素子アレイ２００を製造する方法は、上記の例に限定されない。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、本実施形態における回折格子４０は、ストライプ状に配列された高屈折率体４から構成され、回折格子４０は中央で局所的に拡大した格子間隔を有し、かつ、その位置には高屈折率体４が存在しない。中央で局所的に拡大した格子間隔を有し、かつ、その位置には高屈折率体４が存在しない構成は、このように高屈折率体４をストライプ状に配列した構成に限定されない。前述したように、図５Ａおよび図５Ｂに示すように同心状に高屈折率体４を配列してもよい。高屈折率体４の形状およびサイズは、高屈折材料の層を堆積する前に透明層２に形成する凹部の形状およびサイズを調整することによって任意に設定できる。
【００５９】
高屈折率体４の高さは、式（１）で示すとおり、周囲の透明層２の屈折率と高屈折率体４との間の屈折率との差異、および透過する光の中心波長に依存して決定され得る。また、撮像面に対して垂直な方向から見たとき、各高屈折率体４の幅および長さは、それぞれ、例えば２００ｎｍ〜１０００ｎｍおよび１０００ｎｍ〜６０００ｎｍの範囲内に設定され得る。高屈折率体４の幅および長さは、画素領域のサイズおよび回折格子４０から光検知器５までの距離などに基づいて決定され得る。格子間隔は、例えば３００ｎｍ〜２０００μｍに設定され、かつ、中央部で拡大した格子間隔は、他の領域における格子間隔の１．１〜３．０倍の大きさに設定され得る。
【００６０】
以下、図９〜図１１を参照しながら、本実施形態における回折格子４０による分光原理に基づく波動計算の結果を説明する。
【００６１】
図９（ａ）〜（ｃ）は、図８の構成を有する固体撮像素子に対して一様な強度分布を有する平面波を照射したときの、断面における光強度分布を示す。図において、明度が高い部分ほど、光の強度が高い。計算に際して設定したパラメータは、以下の通りである。
画素領域のサイズ：５．４μｍ×５．４μｍ
回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの高さ、幅、間隔：９００ｎｍ、５００ｎｍ、２．０μｍ
回折格子４０から光検知器５までの距離：７．０μｍ
高屈折率層４の材料および屈折率：窒化珪素、２．０
透明層２４の材料および屈折率：酸化珪素、１．４６
【００６２】
図９（ａ）は、青色光検知器５Ｂを中心としたときにおける波長４５０ｎｍの光の強度分布、図９（ｂ）は緑色光検知器５Ｇを中心としたときにおける波長５５０ｎｍの光の強度分布、図９（ｃ）は赤色光検知器５Ｒを中心としたときにおける波長６５０ｎｍの光の強度分布を示している。これらの図からわかるように、青色の光（波長４５０ｎｍ）は青色光検知器５Ｂに、緑色の光（波長５５０ｎｍ）は緑色光検知器５Ｇに、赤色の光は赤色光検知器５Ｒに適切に集光されている。
【００６３】
図１０は、本実施形態における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。グラフ中の□のデータは青色光検知器５Ｂ、三角のデータは緑色光検知器５Ｇ、ひし形のデータは赤色光検知器５Ｒ、円のデータは赤外光検知器５ＩＲに到達する光の量を入射光量で規格化した値を示している。
【００６４】
図１１は、本実施形態における回折格子４０の中央の格子間隔（Ｓｐａｃｅ）と、赤色、緑色、青色光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにおける検出光量との関係を示している。回折格子４０の中央以外の領域における格子間隔は１．０μｍに固定されている。青色光検知器５Ｂの検出光量は、青色光検知器５Ｂに入射する波長４００ｎｍから５００ｎｍまでの光量を足し合わせた値、緑色光検知器５Ｇの検出光量は緑色光検知器５Ｇに入射する波長５００ｎｍから６００ｎｍまでの光量を足し合わせた値、赤色光検知器５Ｒの検出光量は赤色光検知器５Ｒに入射する波長６００ｎｍから７００ｎｍまでの光量を足し合わせた値である。回折格子４０の中央の格子間隔が広がると、回折格子４０が対向する光検知器に入射する光の量が増加している。
【００６５】
本実施形態の固体撮像素子によれば、後述する比較例１に比べて赤外光の感度が増加し、比較例２に比べて可視帯域の受光量も増加する。
【００６６】
なお、本実施形態における各回折格子４０を構成する格子の本数は４本であるが、画素領域のサイズに合わせて格子の本数を増やしてもよい。また、格子間隔は一様である必要はなく、画素領域の周辺付近では他の領域に比べて格子間隔を相対的に広くしてもよい。
【００６７】
（実施形態２）
図１２（ａ）は、本実施形態における回折格子４０の配置例を示す平面図、図１２（ｂ）は、カラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ、９ＩＲの配置例を示す平面図、図１２（ｃ）は光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配置例を示す平面図である。
【００６８】
図１２（ａ）に示されている回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、何れも任意の波長の赤外光に対してπの位相差を形成するように構成されている。図１２（ａ）の例では、回折格子４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、いずれも同心状に配列された筒状の高屈折率体４から構成されている。図１２の例において、各回折格子４０の内側に配置されている筒状の高屈折率体４の１辺の長さは２μｍに設定され、外側に配置された筒状の高屈折率体４の１辺の長さは４μｍに設定されている。
【００６９】
図１２（ｂ）のカラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂおよび図１２（ｃ）の光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配列は、図７（ｂ）のカラーフィルタ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂおよび図７（ｃ）の光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ＩＲの配列と同様である。
【００７０】
図１３（ａ）は図１２のａ−ａ線断面図であり、図１３（ｂ）は図１２のｂ−ｂ線断面図である。
【００７１】
本実施形態は、実施形態１におけるストライプ状の回折格子４０を、同心状の回折格子４０に置き換えたこと以外では、実施形態１の構成と共通する構成を備えている。
【００７２】
図１４は、本実施形態における固体撮像素子に対して一様な強度を有する平面波を照射したときの、ある断面における光強度分布を示す。
【００７３】
図１４（ａ）は、青色光検知器５Ｂを中心としたときにおける波長４５０ｎｍの光の強度分布、図１４（ｂ）は緑色光検知器５Ｇを中心としたときにおける波長５５０ｎｍの光の強度分布、図１４（ｃ）は赤色光検知器５Ｒを中心としたときにおける波長６５０ｎｍの光の強度分布を示している。これらの図からわかるように、青色の光（波長４５０ｎｍ）は青色光検知器５Ｂに、緑色の光（波長５５０ｎｍ）は緑色光検知器５Ｇに、赤色の光は赤色光検知器５Ｒに適切に集光されている。
【００７４】
図１５は、本実施形態における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。グラフ中の□のデータは青色光検知器５Ｂ、三角のデータは緑色光検知器５Ｇ、ひし形のデータは赤色光検知器５Ｒ、円のデータは赤外光検知器５ＩＲに到達する光の量を入射光量で規格化した値を示している。
【００７５】
後述する比較例２と比べると、波長８５０ｎｍにおける赤外光検知器５ＩＲでの検出光量は若干低下しているが、赤色、緑色、青色光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの各々に入射する光の量は増加している。これは、ｘｙ断面における屈折率勾配が画素領域の外側から中央になるにつれて大きくなることによって、光が画素領域の中央部に集光されていることによると考えられる。
【００７６】
本実施形態では、各画素における矩形の高屈折率体４の個数が２個であるが、画素領域のサイズに合わせて３個以上に設定してもよい。但し、画素領域の中央に対向する位置に高屈折率体４を配置しない。中央に高屈折率体４を配置すると、導波路効果が強まり、回折効率が低下するためである。
【００７７】
高屈折率体４のｘｙ断面形状は、角が途切れたり、角が丸くなってもよい。また、ｘｙ断面の形状は正方形だけに限らず、円形筒状や、三角形や五角形等、多角形の形状であってもよい。
【００７８】
（実施形態３）
実施形態１又は実施形態２の各画素領域に光導波路を付加してもよい。光導波路は、分散した光を閉じ込め、光検知器における検出量をさらに増加させることができる。
【００７９】
図１６は本実施形態における撮像装置の断面構成図を示す。本実施形態は、基本的には、実施形態２の構成と同様の構成を備え、更に、光導波路１５を備えている。光導波路１５の屈折率は、透明層２の屈折率よりも高ければよく、１．４７〜２．５０の範囲内の値、例えば２．０に設定され得る。図１６の例では、撮像面に近づくにしたがって撮像面に平行な断面のサイズが減少する形状を備えた光導波路１５を全ての画素領域に配置している。
【００８０】
図１７は、本実施形態における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。グラフ中の□のデータは青色光検知器５Ｂ、三角のデータは緑色光検知器５Ｇ、ひし形のデータは赤色光検知器５Ｒ、円のデータは赤外光検知器５ＩＲに到達する光の量を入射光量で規格化した値を示している。
【００８１】
実施形態１、２に比べて、赤色、緑色、青色光検知器５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの各々に入射する光の量が増加している。これは、光導波路１５によって遮光層などによる光の損失を低減していることを示す。
【００８２】
光導波路のｘｚ断面に８５度のテーパー角を設けていたが、８５度以上や８５度以下であってもよい。
【００８３】
上記実施形態では全ての画素に光導波を設けたが、分光部が形成された画素のみに光導波路を形成してもよい。
【００８４】
尚、本実施形態では８５０ｎｍの赤外光を分離するために高屈折率体４の高さを各ＲＧＢ画素で統一したが、各ＲＧＢのそれぞれの波長の光が最も分離するように、高屈折率体４の高さを式（１）にしたがって変化させてもよい。
【００８５】
（比較例１）
次に、比較例１を説明する。
【００８６】
図１８（ａ）、（ｂ）は、比較例１における固体撮像素子の断面構成図、図１９は、この比較例１におけるカラーフィルタの配置を示す平面図である。図１８（ａ）は図１９におけるａ−ａ線断面図、図１８（ｂ）は図１９におけるｂｂ線断面図である。
【００８７】
この比較例は、図７に示す実施形態の構成から回折格子４０（高屈折率体４）を取り除いた構成を備えている。
【００８８】
図２０は、比較例１における固体撮像素子の分光特性を示すグラフである。分光特性はそれぞれ青色光検知器５Ｂ、緑色光検知器５Ｇ、赤色光検知器５Ｒ、赤外光検知器５ＩＲの最表面に到達する光量を分類（それぞれＢ、Ｇ、Ｒ、ＩＲ）して示しており、入射光量で規格化している。この比較例は、青、緑、赤、赤外の検出が独立しており、各色の光量バランスを容易に変更でき、色出しにおける設計の自由度は高まる。しかし、図２０から分かるように、近赤外光の吸収は青波長の１〜２割程度であるため、光電変換後の赤外光検知器における信号量は、赤色、緑色、青色光検知器の信号量より小さくなる。
【００８９】
（比較例２）
次に、一様な格子間隔を有する回折格子を備える比較例２を説明する。比較例２は、回折格子の格子間隔が一定である点を除けば、実施形態１の構成と同じ構成を備えている。
【００９０】
図２１（ａ）および（ｂ）は、比較例２の断面構成図を示し、図２１（ｃ）は、回折格子の配置を示す。比較例２における回折格子を構成する高屈折率体の屈折率は２．０に設定し、その高さ（ｚ軸方向のサイズ）は赤外光（この例では波長８５０ｎｍ）で略πに相当する。また、回折格子の周期は１．０μｍに設定した。透明層２の厚さは回折格子によって分離される赤外光が隣接する赤外光検知器の光検知器５ＩＲに入射するように調整し、トップレンズ１０の曲率半径は回折光が光検知器付近で集光するように調整した。
【００９１】
図２２は比較例２における固体撮像素子の分光特性を示す。分光特性はそれぞれ青色光検知器５Ｂ、緑色光検知器５Ｇ、赤色光検知器５Ｒ、赤外光検知器５ＩＲの最表面に到達する光量を分類（それぞれＢ、Ｇ、Ｒ、ＩＲ）して示しており、入射光量で規格化している。実施形態の結果と比較すると、赤外光検知器に入射する光量は約１．７倍まで増加しているが、可視帯域の光の検出量が、入射する光の２割程度しかない。
【００９２】
図２３は、図２１の撮像装置の全面にわたって一様強度の平面波を照射したときの、構造断面における光強度分布を示す。図２２（ａ）は青色光検知器を中心としたときに波長４５０ｎｍの光を照射した場合、図２２（ｂ）は緑色光検知器を中心としたときに波長５５０ｎｍの光を照射した場合、図２２（ｃ）は赤色光検知器を中心としたときに波長６５０ｎｍの光を照射した場合を示す。尚、明度が高い部分ほど、光の強度が高い。どの波長の光を照射した場合においても、回折格子から直下の光検知器に向かって生じる光は平面上に分散し、金属遮光膜６によって損失されている。
【００９３】
比較例１、２と上記の実施形態とを比較するとわかるように、本開示における実施形態では、可視光の検出量の低下を抑制しつつ、赤外光の検出量が高めることが可能になる。
【００９４】
なお、上記の実施形態では、青、緑、赤、赤外の検出を例にとったが、可視（白色）と赤外の検出に於いて、赤外光に対する感度を向上させるようにしてもよい。
【００９５】
本開示の撮像装置の実施形態は、上記の固体撮像素子と、この固体撮像素子が出力する電気信号を処理する信号処理部と、固体撮像素子の撮像面に像を形成するための光学系とを備えている。信号処理部および光学系は、公知の撮像装置における任意の信号処理部および光学系が採用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本開示の実施形態は、可視光画像と赤外線画像とを取得する撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
２                          低屈折率の透明層
３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ            分光素子
４                          高屈折率体
６                          遮光金属層
８                          金属配線
９Ｂ、９Ｇ、９Ｒ、９ＩＲ    カラーフィルタ
１０                          トップレンズ
５０                          シリコン基板
１００                          光検知器アレイ
２００                          分光素子アレイ
【図１】
2014138142.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2014138142.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2014138142.tif 000011
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2014138142.tif 000013
【図７】
2014138142.tif 000014
【図８】
2014138142.tif 000015
【図９】
2014138142.tif 000016
【図１０】
2014138142.tif 000017
【図１１】
2014138142.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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