(57)【要約】  分光型のプリズムまたは回折を用いて、画素ずらし配列に適した高感度で高解像を実現するカラー化技術を提供する。  水平及び垂直方向に光感知セルを１／２ピッチずらせた構成の撮像素子に分光要素を配置し、分光要素直下の画素には少なくともＧ光を落射させ、Ｒ光あるいはＢ光を隣接画素に入射させる。また、対向する分光要素が配置されていない光感知セルには、直接光も入射する。各画素から出力される光電変換信号から、演算によって色情報が出力される。
2010070869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、
前記固体撮像素子から出力される電気信号を処理する信号処理部と、
を備える撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
前記撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、
前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイと、
を有し、
前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成され、
前記複数の単位要素の各々は、
第１の光感知セルと、
第２の光感知セルと、
第３の光感知セルと、
前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素と、
を有し、
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、
前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、
前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第１の光電変換信号、前記第２の光電変換信号、および前記第３の光電変換信号から演算によって色情報を出力する撮像装置。
【請求項２】
前記複数の単位要素の各々において、
前記第２の光感知セルは、前記第１の光感知セルに隣接して配置され、前記第３の光感知セルは、前記第２の光感知セルに隣接して配置され、
前記第１の光感知セルの中心と前記第２の光感知セルの中心とを通る直線を第１直線とし、前記第２の光感知セルの中心と前記第３の光感知セルの中心とを通る直線を第２直線とするとき、
前記第１直線は前記第２直線と交差している、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度は、前記第２直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度に等しい、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、赤または青のいずれかの波長域の光線を、前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の単位要素の各々は、
前記第１の光感知セルに対向するように配置された第１の分光要素と、
前記第２の光感知セルに対向するように配置された第２の分光要素と、
を有している、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した光線のうち、前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した光線のうち、前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した前記第２波長域の光線の量の半分に相当する第１の量の前記第３波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線と前記第３波長域の光線とを前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第３波長域の光線の量の半分に相当する第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１波長域の光線と前記第２波長域の光線とを前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線と、隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第３波長域の光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項９】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、前記第２の分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第４の量および前記第５の量は、前記第１の量に等しく、前記第３の量および前記第６の量は、前記第２の量に等しい、請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記第２の光感知セルに対向するように配置されており、
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線と前記第３波長域の光線とを除いた光線を受け、
前記第２の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１２】
撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、
前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイと、
を備える固体撮像素子であって、
前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成され、
前記複数の単位要素の各々は、
第１の光感知セルと、
第２の光感知セルと、
第３の光感知セルと、
前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素と、
を有し、
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、
前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、
前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置の固体撮像素子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（以下、「撮像素子」と称する場合がある。）を用いたデジタルカメラやデジタルムービーの高機能化、高性能化には目を見張るものがある。特に半導体製造技術の進歩により、固体撮像素子における画素構造の微細化が進んでいる。その結果、固体撮像素子の画素および駆動回路の高集積化が図られてきた。このため、僅かの年数で撮像素子の画素数が１００万画素程度から１０００万画素以上へと著しく増加した。その一方で、撮像素子の多画素化に伴い、１画素の受ける光の量（光量）が減少するため、撮像装置の感度が低下するという問題が起きている。【０００３】
さらに通常のカラーカメラでは、撮像素子の各光感知部上に有機顔料を色素とする減色型の有機色素フィルタ（色フィルタ）が配置されるため、光利用率はかなり低い。例えば、赤（Ｒ）１画素、緑（Ｇ）２画素、青（Ｂ）１画素を基本構成としたベイヤー型の色フィルタでは、ＲフィルタはＲ光を透過させ、Ｇ光、Ｂ光を吸収する。ＧフィルタはＧ光を透過させ、Ｒ光、Ｂ光を吸収する。ＢフィルタはＢ光を透過させ、Ｒ光、Ｇ光を吸収する。すなわち、各色フィルタを透過する光はＲＧＢ３色の内の１色であり、その他の２色は色フィルタに吸収される。そのため、利用される光は色フィルタに入射する可視光の約１／３である。【０００４】
感度低下の問題を解決するため、撮像素子の受光部にマイクロレンズアレイを取り付け、受光量を増やす手法が特許文献１に開示されている。この手法によれば、マイクロレンズで集光することによって、実質的に光開口率を向上させることができる。この手法は、現在殆どの固体撮像素子に用いられている。この手法を用いると、実質的な開口率は向上するが、色フィルタによる光利用率低下の問題を解決するものではない。【０００５】
光利用率低下と感度低下の問題を同時に解決する手法として、ダイクロイックミラーとマイクロレンズとを組み合わせて、光を最大限取り込む構造を有する固体撮像装置が特許文献２に開示されている。この装置は、光を吸収せず特定波長域の光を選択的に透過させ他の波長域の光を反射する複数のダイクロイックミラーを備えている。各ダイクロイックミラーは、必要な光のみを選択し、対応する光感知部に入射させ、その他の光は透過させる。図９に特許文献２に開示された撮像素子の断面図を示す。【０００６】
図示される撮像素子によれば、集光マイクロレンズ１１に入射した光は、インナーレンズ１２によって光束を調整された後、第１ダイクロイックミラー１３に入射する。第１ダイクロイックミラー１３は、赤（Ｒ）の光を透過させるが、その他の色の光は反射する。第１ダイクロイックミラー１３を透過した光は、直下の光感知セル２３に入射する。第１ダイクロイックミラー１３で反射された光は、隣接する第２ダイクロイックミラー１４に入射する。第２ダイクロイックミラー１４は、緑（Ｇ）の光を反射し、青（Ｂ）の光を透過する。第２ダイクロイックミラー１４で反射された緑の光は、その直下の光感知セル２４に入射する。第２ダイクロイックミラー１４を透過した青の光は、第３ダイクロイックミラー１５で反射され、その直下の光感知セル２５に入射する。この撮像素子によれば、集光マイクロレンズ１１に入射した可視光は損失することなく、そのＲＧＢの各成分が３つの光感知セルによって無駄なく検出される。【０００７】
その他、マイクロプリズムを用いた手法が特許文献３に開示されている。この手法では、図１０に示すようにマイクロプリズム１６により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各成分に分けられた光をそれぞれに対応する光感知部が受光する。このような手法を用いても、光損失なくＲ、Ｇ、Ｂ各成分を検出することができる。【０００８】
しかしながら、特許文献２および特許文献３に開示された手法では、分光する色成分の数だけ光感知部を設ける必要がある。例えば赤、緑、青に分離された各々の光を受光するには、光感知部の数を従来の色フィルタを用いた場合に必要な光感知部の数と比較して３倍に増やさなければならない。【０００９】
以上の技術に対し、光の損失は一部発生するが、ダイクロイックミラーと反射とを用いて光の利用率を高める技術が特許文献５に開示されている。図１１は当該技術を用いた撮像素子の断面図の一部を示している。図示されるように、透光性の樹脂３１内にダイクロイックミラー３２、３３が配置される。ダイクロイックミラー３２はＧ光を透過させ、Ｒ光、Ｂ光を反射する。また、ダイクロイックミラー３３はＲ光を透過させ、Ｇ光、Ｂ光を反射する。【００１０】
このような構成によれば、Ｂ光は光感知部で受光できないが、Ｒ光、Ｇ光は以下の原理で損失なく検出できる。まずＲ光がダイクロイックミラー３２、３３に入射すると、ダイクロイックミラー３２では反射し、さらに透光性の樹脂３１と空気との界面で全反射し、ダイクロイックミラー３３に入射する。ダイクロイックミラー３３に入射した全てのＲ光は、Ｒ光透過性を有する有機色素フィルタ３５およびマイクロレンズ３６を透過する。光の一部は金属層３７で反射するものの、殆ど全てのＲ光が光感知部に入射する。また、Ｇ光がダイクロイックミラー３２、３３に入射すると、ダイクロイックミラー３３では反射し、さらに透光性の樹脂３１と空気との界面で全反射し、ダイクロイックミラー３２に入射する。ダイクロイックミラー３２に入射した全てのＧ光は、Ｇ光透過性を有する有機色素フィルタ３４およびマイクロレンズ３６を通して、殆ど損失なく光感知部に入射する。【００１１】
上記の原理により、特許文献５に開示された技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分のうち１色の成分は損失するものの２色の光は殆ど損失なく受光される。このため、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色分の光感知部を配置する必要がない。この技術によれば光利用率は、有機色素フィルタのみで構成された撮像素子における光利用率と比較して２倍に向上する。しかしながら、この技術では３色のうち１色が損失するため、光利用率を１００％にはできない。【００１２】
一方、撮像装置の水平・垂直方向の解像度を高めるために、従来の正方配列ではなく、隣接する行間および列間で画素を１／２ピッチずらせた、所謂画素ずらしの配置が利用されている。例えば、水平及び垂直方向に画素をずらせた撮像素子が、特許文献５に開示されている。この撮像素子では、光感知部の形状をひし形にして、各画素からの信号を蛇行状に配置されたＣＣＤから読み出す。各画素を水平方向にも垂直方向にも画素の１／２ピッチ分ずらして配列することにより、水平及び垂直方向における解像度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５９−９０４６７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５１９３３号公報
【特許文献３】特表２００２−５０２１２０号公報
【特許文献４】特開２００３−７８９１７号公報
【特許文献５】特開昭６０−１８７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術では、光を吸収する色フィルタや光を波長域に応じて分離するダイクロイックミラー等を用いてＲ、Ｇ、Ｂの３成分を得る技術はある。しかし、これらの技術には、光利用率が低い、または多くの光感知部を必要とする、という問題点がある。これらの技術よりも高感度で、かつ多くの光感知部を必要とせず、さらに高解像度が得られる画素ずらし配列に適したカラー化技術はこれまでに提案されていない。【００１５】
本発明は、分光型の光学素子を用いて、画素ずらし配列に適した、高感度で高解像を実現する撮像装置、およびこの撮像装置に用いられる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、前記固体撮像素子から出力される電気信号を処理する信号処理部とを備えている。前記固体撮像素子は、前記撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイとを有している。前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成される。前記複数の単位要素の各々は、第１の光感知セルと、第２の光感知セルと、第３の光感知セルと、前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素とを有している。前記複数の単位要素の各々において、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する。前記信号処理部は、前記第１の光電変換信号、前記第２の光電変換信号、および前記第３の光電変換信号から演算によって色情報を出力する。【００１７】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々について、前記第２の光感知セルは、前記第１の光感知セルに隣接して配置され、前記第３の光感知セルは、前記第２の光感知セルに隣接して配置され、前記第１の光感知セルの中心と前記第２の光感知セルの中心とを通る直線を第１直線とし、前記第２の光感知セルの中心と前記第３の光感知セルの中心とを通る直線を第２直線とするとき、前記第１直線は前記第２直線と交差している。【００１８】
ある実施形態において、前記第１直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度は、前記第２直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度に等しい。【００１９】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々について、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、赤または青のいずれかの波長域の光線を、前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。【００２０】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々は、前記第１の光感知セルに対向するように配置された第１の分光要素と、前記第２の光感知セルに対向するように配置された第２の分光要素とを有している。【００２１】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した光線のうち、前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した光線のうち、前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第３波長域の光線とを受ける。【００２２】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々について、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した前記第２波長域の光線の量の半分に相当する第１の量の前記第３波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線と前記第３波長域の光線とを前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第３波長域の光線の量の半分に相当する第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１波長域の光線と前記第２波長域の光線とを前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線と、隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受ける。【００２３】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々について、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第３波長域の光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける。【００２４】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々において、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、前記第２の分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける。【００２５】
ある実施形態において、前記第４の量および前記第５の量は、前記第１の量に等しく、前記第３の量および前記第６の量は、前記第２の量に等しい。【００２６】
ある実施形態において、前記単位要素の各々について、前記分光要素は、前記第２の光感知セルに対向するように配置されており、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記分光要素は、前記分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線と前記第３波長域の光線とを除いた光線を受け、前記第２の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受ける。【００２７】
本発明における固体撮像素子は、撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイとを備える。前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成される。前記複数の単位要素の各々は、第１の光感知セルと、第２の光感知セルと、第３の光感知セルと、前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素とを有している。前記複数の単位要素の各々において、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の撮像装置によれば、第１に、分光要素を用いているため、光損失がなく、感度が高い。第２に、分光要素に対向する光感知セルに視感度が高い緑（Ｇ）成分の光線を入射させるため、解像度を高めることができる。第３に、３つの光感知セルの光電変換信号から、演算によって３つの色信号を得ることが可能である。そのため、画素ずらし配列に適した最小画素構成によるカラー撮像が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の各実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図
【図２】本発明の各実施形態におけるレンズおよび撮像素子を示す斜視図
【図３】（ａ）は本発明の実施形態１における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態１における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態１における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図４】（ａ）は本発明の実施形態２における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態２における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態２における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図５】本発明の実施形態２における各光感知セルにおける光電変換信号の配列を示す平面図
【図６】（ａ）は本発明の実施形態３における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態３における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態３における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図７】（ａ）は本発明の実施形態４における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態４における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態４における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図８】本発明の各実施形態におけるマイクロプリズムの外形図
【図９】マイクロレンズとダイクロイックミラーとを用いた従来の固体撮像素子の断面図
【図１０】マイクロプリズムを用いた従来技術の分光及び受光状態を示す図
【図１１】ダイクロイックミラーと反射とを用いて光の利用率を高めた撮像素子の断面の一部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。全ての図にわたって共通する要素には同一の符号を付している。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の全体構成の一例を示すブロック図である。図示される撮像装置は、撮像部１００と、撮像部１００からの信号を受信し映像信号を生成する信号処理部２００とを備えている。以下、撮像部１００および信号処理部２００を説明する。
【００３２】
撮像部１００は、被写体を結像するためのレンズ１０１と、光学板１０２と、レンズ１０１および光学板１０２を通して結像した光情報を、光電変換により電気信号に変換する撮像素子１０３と、信号発生および画素信号受信部１０４とを備えている。ここで、光学板１０２は、画素配列が原因で発生するモアレパターンを低減するための水晶ローパスフィルタに、赤外線を除去するための赤外カットフィルタを合体させたものである。また、信号発生および画素信号受信部１０４は、撮像素子１０３を駆動するための基本信号を発生すると共に、撮像素子１０３からの信号を受け取り、信号処理部２００に送出する。
【００３３】
信号処理部２００は、信号発生および画素信号受信部１０４から受け取った信号を記憶する画像メモリ２０１と、画像メモリ２０１から読み出したデータからビデオ信号（高精細信号）を生成するビデオ信号生成部２０２と、ビデオ信号を外部に出力するインターフェース（ＩＦ）部２０３とを有している。
【００３４】
以上の構成はあくまでも一例であり、本発明において、撮像素子１０３を除く構成要素は、公知の要素を適切に組み合わせて用いることができる。以下、本実施形態の撮像素子１０３について説明する。以下の説明では、赤、緑、青の色をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂと表す。
【００３５】
図２は、レンズ１０１を透過した光が撮像素子１０３に入射する様子を模式的に示している。ここで、撮像素子１０３の撮像面１０３ａには、多数の光感知セルが２次元状に配列されている。レンズ１０１による結像および上記ローパスフィルタの作用の結果、撮像面１０３ａに光（可視光）が入射する。撮像面１０３ａに入射する光の量（入射光量）および波長域ごとの光量の分布は、入射位置に応じて異なる。各々の光感知セルは、典型的にはフォトダイオードであり、光電変換により入射光量に応じた電気信号（本明細書において「光電変換信号」と呼ぶ）を出力する。
【００３６】
撮像素子１０３は、典型的にはＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーであり、公知の半導体製造技術によって製造される。そして、光感知セルアレイが形成された面に対向して分光要素アレイが設けられる。
【００３７】
本実施形態の撮像装置は、分光要素アレイによる分光を利用してカラー画像信号を生成することができる。１つの光感知セルが出力する信号には、異なる複数の波長域の光に対応する信号成分が重畳されている。１つの光感知セルが出力する信号と他の光感知セルが出力する信号とを用いた演算により、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の色信号を取り出すことができる。
【００３８】
本実施形態における分光要素は、例えば図８に示すような四角柱状のマイクロプリズムである。このようなマイクロプリズムに光が入射すると、波長によって屈折角が異なるため、その行路も波長によって異なる。そのため、マイクロプリズムの長さＬを調整することにより、各色の光線が光感知セルの受光面上に入射する位置を制御することができる。
【００３９】
図８では、マイクロプリズムの斜め下方向に青（Ｂ）の光を、直下方向にその補色（黄（Ｙｅ）：赤（Ｒ）＋緑（Ｇ））の光を入射させる例を示している。マイクロプリズムの長さＬや、光感知セルに対するマイクロプリズムの相対位置を調整することによって、そのマイクロプリズムに対向する光感知セルに入射させる波長域の光線を変えることができる。本明細書では、波長域の異なる光成分を空間的に分離することを「分光」と称する。
【００４０】
上記のように、図８に示すプリズム型の分光要素によれば、入射光に対して第１の角度をなす方向へ第１波長域の光を透過させ、当該入射光に対して第２の角度をなす方向へ第２波長域の光（第１波長域の光の補色）を透過させることができる。また、長さＬおよび光感知セルとの相対位置を調節することで、３つの方向にそれぞれ異なる波長域の光を透過させることも可能である。分光後における各波長域の光は、いずれも入射光を含む平面に含まれている。入射光の光軸を中心に分光要素を回転させて配置することにより、分光を含む上記平面の向きを変えることができる。
【００４１】
以上のような分光要素を有する分光要素アレイは、公知の半導体製造技術により、薄膜の堆積およびパターニングを実行することにより、製造され得る。また、分光要素を２次元状に配列する仕方（パターン）は多様である。分光要素の配列パターンを適切に設計することにより、光感知セルアレイを構成する個々の光感知セルに対して、入射光を所望の波長域に分離・統合して入射させることが可能となる。その結果、各光感知セルが出力する光電変換信号の組から、必要な色成分に対応する信号を算出することができる。
【００４２】
以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施形態の撮像素子１０３をさらに詳細に説明する。以下の説明において、１つの光感知セルが配置された撮像面上の領域を「画素」と呼ぶことがある。なお、本明細書において、「直下」とは、図３（ｂ）、（ｃ）、図４（ｂ）、（ｃ）、図６（ｂ）、（ｃ）、図７（ｂ）、（ｃ）における下方向を意味するものとする。また、「斜め」、「斜め下」、「斜め上」等の方向を表す用語は、参照される図面に基づいて解釈されるものとする。実際の撮像装置における撮像面の向きは常に変化しうるため、本明細書における方向を示す用語は現実には撮像面の向きに応じて様々な方向を意味しうる。
【００４３】
図３（ａ）は本実施形態における固体撮像素子の分光要素アレイおよび光感知セルアレイの配置の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。図示されるように、撮像面の縦方向Ｙに沿って配置された光感知セル２ａの列、光感知セル２ｂの列、光感知セル２ｃの列がこの順で撮像面の横方向Ｘに向かって周期的に配列されている。各光感知セルは、隣接する列に属する最も近接の他の光感知セルと互いに撮像面の横方向Ｘおよび縦方向Ｙに１／２ピッチずれて配置されている。また、分光要素として２種類のマイクロプリズム１ａ、１ｂがそれぞれ光感知セル２ａ、２ｂに対向する位置に配置されている。光感知セル２ｃには対向する分光要素は配置されていない。
【００４４】
本実施形態の撮像素子では、３つの光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃおよび２つの分光要素１ａ、１ｂを１つの単位要素４０として、複数の単位要素が行および列状に配列されている。また、各単位要素の向きは同一である。各単位要素において、光感知セル２ｂは光感知セル２ａおよび光感知セル２ｃに隣接して配置されている。また、光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線と光感知セル２ｂと光感知セル２ｃとを通るｃ−ｃ´線とは交差している。図示される光感知セルの配列では、ｂ−ｂ´線と撮像面の縦方向Ｙとがなす角度は、ｃ−ｃ´線と撮像面の縦方向Ｙとがなす角度に等しいが、必ずしも等しくなくてもよい。また、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）には各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。
【００４５】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ａは、入射光をＲ光とその補色のシアン（Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ）光とに分ける。そして、その直下の光感知セル２ａにシアン光を入射させ、図３（ａ）における斜め上（α方向）に位置する光感知セル２ｂにＲ光（図３(ａ)では、実線の矢印で示す）を入射させる。また、マイクロプリズム１ｂは、入射光をＢ光とその補色の黄光（Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ）とに分ける。そして、その直下の光感知セル２ｂに黄光を入射させ、図３（ａ）における斜め下（β方向）に位置する光感知セル２ｃにＢ光（図３(ａ)では、破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ｃにはいずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図３（ｂ）においてマイクロプリズム１ｂを基点とする斜め下方向の矢印で示されるＢ光は、図３（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｂから出ているＢ光と同一である。
【００４６】
単位要素４０に入射する光（可視光）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長域をもつ３種類の光に分類される。そして、各光感知セルが受ける光線の量は、各々が受けるＲ、Ｇ、Ｂの各波長域の光線の量の和である。Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長域の光線の量に相当する光電変換信号をそれぞれＲｓ、Ｇｓ、Ｂｓと表すと、各光感知セルが位置する領域における分光前の入射光量に相当する信号Ｗｓは、Ｗｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋Ｂｗと表すことができる。マイクロプリズム２ａおよび２ｂによる分光の結果、光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃが出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１〜３で表すことができる。
（式１）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＝Ｇｓ＋Ｂｓ
（式２）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＋Ｒｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ
（式３）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
【００４７】
以上の式において、２Ｒｓ、２Ｂｓは、それぞれＲｓ、Ｂｓの２倍の量であることを表す。以下、同様である。式１〜式３の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。そして、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式４〜６により算出される。
（式４）  Ｒｓ＝（−２Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式５）  Ｇｓ＝（４Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ−２Ｓ２ｃ）／３
（式６）  Ｂｓ＝（−Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ＋２Ｓ２ｃ）／３
【００４８】
このように、光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃを用いた演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分の光を受けるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００４９】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光を分岐入射させる分光要素とＢ光を分岐入射させる分光要素とを用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、図３（ａ）における斜め（α方向）にＲ光を分岐入射させる分光要素と、α方向とは異なる斜め（β方向）にＢ光を分岐入射させる分光要素とが、互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。これにより、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００５０】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００５１】
以上説明した第１の実施形態では、１つの単位要素は２つの分光要素を有している。一方の分光要素はＲ光を撮像面に垂直な方向から見て斜め（図３（ａ）におけるα方向）に位置する光感知セルに入射させる。他方の分光要素はＢ光を撮像面に垂直な方向から見てα方向とは異なる斜め（図３(ａ)におけるβ方向）に位置する光感知セルに入射させる。しかしながら、本発明はこの構成に限られるものではない。１つの単位要素が分光要素を１つだけ有している撮像素子であっても同様にして色情報を得ることができる。分光要素が少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光をその直下に位置する光感知セルに入射させ、その他の光を２つの波長域の光に分光し、それぞれを他の２つの光感知セルに入射させる撮像素子であれば、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により色信号を得ることが可能である。
【００５２】
本実施形態におけるマイクロプリズム１ａは、Ｒ光を光感知セル２ｂに入射させるように配置されている。また、マイクロプリズム１ｂは、Ｂ光を光感知セル２ｃに入射させるように配置されている。しかしながら、マイクロプリズム１ａ、１ｂはこのような配置に限定されるものではない。マイクロプリズム１ａ、１ｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００５３】
本実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、以下の実施形態２において用いられる光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００５４】
（実施形態２）
次に第２の実施形態について、図４（ａ）〜（ｃ）、および図５を用いて説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態１の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態１と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態１と重複する構成要素については同一の参照符号を付している。
【００５５】
図４（ａ）は本実施形態における固体撮像素子の分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図で、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図５は、各光感知セルに入射する光の色成分を表している。本実施形態において、光感知セルアレイおよび分光要素アレイの配列は実施形態１と同様であり、分光要素の分光の仕方が異なっている。
【００５６】
本実施形態では、実施形態１で用いられるマイクロプリズムではなく、光の回折を利用するタイプの分光要素が用いられる。このタイプの分光要素は、屈折率が相対的に高い材料から形成された高屈折率透明部材（コア部）と、屈折率が相対的に低い材料から形成されコア部の各々の側面と接する低屈折率透明部材（クラッド部）とを有する。コア部とクラッド部との屈折率の差により、入射光が回折する。このため、コア部の斜め下方に位置する光感知セルに原色光を入射させ、コア部の直下に位置する光感知セルに補色光を入射させることが可能となる。コア部の存在によって分光が可能になるため、本明細書では、個々の高屈折率透明部材も「分光要素」であるものとする。
【００５７】
このように、屈折率の異なる材料から形成された、回折を生じさせる分光要素でも、マイクロプリズムを用いた場合と同様、光感知セルからの光電変換信号を用いた簡単な演算で効率よく色信号を取り出せる。そのため、このような分光要素を用いても光利用率の高いカラー撮像装置を実現できる。
【００５８】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、高屈折率透明部材１ａａは、低屈折率透明部材３との屈折率差により、入射光をＲ光（半分ずつ２方向に分離）とその補色であるシアン（Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ）とに分離する。そして、その直下の光感知セル２ａにシアン光を入射させ、図４(ａ)における斜め（±α方向）に位置する光感知セル２ｂおよび隣接単位要素４０ａの光感知セル２ｄにそれぞれＲ光を１／２ずつ（図４(ａ)では、実線の矢印で示す）入射させる。一方、高屈折率透明部材１ｂｂは、低屈折率透明部材３との屈折率差により、入射光をＢ光（半分ずつ２方向に分離）とその補色である黄（Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ）光とに分離する。そして、その直下の光感知セル２ｂに黄光を入射させ、図４（ａ）における斜め（±β方向）に位置する光感知セル２ｃおよび隣接単位要素４０ｂの光感知セル２ｅにそれぞれＢ光を１／２ずつ（図４(ａ)では、破線の矢印で示す）入射させる。光感知セル２ｃにはいずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図４（ｂ）において高屈折率透明部材１ｂｂを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＢ光（Ｂ／２）は、図４（ｃ）における高屈折率透明部材１ｂｂから出ている２つのＢ光（Ｂ／２）と同一である。
【００５９】
したがって、光感知セル２ａは、対向する高屈折率透明部材１ａａからＧ光およびＢ光を受け、隣接単位要素４０ｃの高屈折率透明部材１ｆｆからＢ光の１／２を受ける。また、光感知セル２ｂは、対向する高屈折率透明部材１ｂｂからＧ光およびＲ光を受け、光感知セル２ａに対向する高屈折率透明部材１ａａからＲ光の１／２を受ける。光感知セル２ｃは、直接光と、光感知セル２ｂに対向する高屈折率透明部材１ｂｂから入射するＢ光の１／２と、隣接単位要素４０ｄの高屈折率透明部材１ｇｇから入射するＲ光の１／２とを受ける。図５に各光感知セルが受光する光の色成分を示す。
【００６０】
上記の構成により、単位要素４０に含まれる光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、以下の式７〜９で表すことができる。
（式７）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＋Ｂｓ／２＝Ｇｓ＋３Ｂｓ／２
（式８）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＋Ｒｓ／２＝３Ｒｓ／２＋Ｇｓ
（式９）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ／２＋Ｂｓ／２＝３Ｒｓ／２＋Ｇｓ＋３Ｂｓ／２
【００６１】
式７〜式９の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。また、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式１０〜１２により算出される。
（式１０）  Ｒｓ＝２（Ｓ２ｃ−Ｓ２ａ）／３
（式１１）  Ｇｓ＝Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ−Ｓ２ｃ
（式１２）  Ｂｓ＝２（Ｓ２ｃ−Ｓ２ｂ）／３
【００６２】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃを用いた演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。特に本実施形態の場合は２つの光電変換信号間の単純減算でＲ、Ｂ成分が容易に得られるという特長がある。さらに、各光感知セルともＧ成分を受光するため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００６３】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光を分岐入射させる分光要素とＢ光を分岐入射させる分光要素とを用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、図４（ａ）における斜め（±α方向）にＲ光を分岐入射させる分光要素と、±α方向とは異なる斜め（±β方向）に分岐入射させる分光要素とが、互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。これにより、最少の画素数（３画素）の基本構成で各画素からの光電変換信号を用いた単純な減算を含む演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００６４】
以上の説明において、各光感知セルは各々に隣接する光感知セルに対向する分光要素から入射するＲ光（Ｒ／２）またはＢ光（Ｂ／２）の全てを受けるとしたが、必ずしも全てを受ける必要はない。例えば、１つの分光要素から出た光を光感知セルが受光するまでの間にその光の一部が消失しても、上記演算により色情報を近似的に求めることができる。図４（ａ）において分光要素１ａａ、１ｇｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＲ光（Ｒ／２）の量を第１の量とする。また、分光要素１ｂｂ、１ｆｆが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＢ光（Ｂ／２）の量を第２の量とする。すると、光感知セル２ａが分光要素１ｆｆから受けるＢ光の量（第３の量）は、第２の量と異なっていてもよい。同様に、光感知セル２ｂが分光要素１ａａから受けるＲ光の量（第４の量）は、第１の量と異なっていてもよい。さらに、光感知セル２ｃが分光要素１ｂｂから受けるＲ光の量（第５の量）は、第１の量と異なっていてもよい。また、光感知セル２ｃが分光要素１ｇｇから受けるＢ光の量（第６の量）は、第２の量と異なっていてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００６６】
本実施形態における高屈折率透明部材１ａａは、Ｒ光の１／２を光感知セル２ｂおよび光感知セル２ｄに入射させるように配置されている。また、高屈折率透明部材１ｂｂは、Ｂ光の１／２を光感知セル２ｃおよび光感知セル２ｅに入射させるように配置されている。しかしながら、光屈折率透明部材１ａａ、１ｂｂはこのような配置に限定されるものではない。高屈折率透明部材１ａａ、１ｂｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００６７】
本実施形態の撮像装置は、分光要素として高屈折率の透明部材を用いているが、分光要素は高屈折率の透明部材に限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態１において用いられたマイクロプリズムを利用しても構わない。
【００６８】
（実施形態３）
次に第３の実施形態について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態１の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態１と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態１と重複する構成要素については同一の参照符号を付している。
【００６９】
図６（ａ）は本実施形態の固体撮像素子における分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図６（ｃ）は図６（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）には、各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。本実施形態において、光感知セルアレイおよび分光要素アレイの配列は実施形態１と同様であるが、分光要素の分光の方式が異なっている。図示される分光要素は図３（ａ）〜（ｃ）と同様、マイクロプリズムである。
【００７０】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ｃ、１ｄは、ともに入射光をＲ光とＢ光とＧ光とに分ける。マイクロプリズム１ｃ、１ｄは互いに異なる向きに配置されている。マイクロプリズム１ｃは、その直下の光感知セル２ａにＧ光を入射させる。また、マイクロプリズム１ｃに対して図６（ａ）における斜め上（＋α方向）に位置する光感知セル２ｂにＲ光（図６(ａ)では、実線の矢印で示す）を入射させ、異なる斜め（−α方向）に位置する光感知セル２ｄにＢ光（図６(ａ)では、破線の矢印で示す）を入射させる。マイクロプリズム１ｄの向きは、マイクロプリズム１ｃの向きと異なっている。マイクロプリズム１ｄは、対向する光感知セル２ｂにＧ光を入射させる。また、マイクロプリズム１ｄに対して図６（ａ）における斜め下（＋β方向）に位置する光感知セル２ｃにＲ光（図６（ａ）では、実線の矢印で示す）を入射させ、反対側の斜め上（−β方向）に位置する光感知セル２ｅにＢ光（図６（ａ）では、破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ｃには対向するマイクロプリズムは配置されず、いずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図６（ｂ）においてマイクロプリズム１ｄを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＲ光およびＢ光は、それぞれ図６（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｄから出ているＲ光およびＢ光と同一である。
【００７１】
ここで、マイクロプリズム１ｃ、１ｄは図８に示すものと同様のものであるが、１つの方向にＲ光を分岐させ、その他の方向にＢ光を分岐させるよう、その長さＬが調整されている。
【００７２】
したがって、光感知セル２ａは、対向するマイクロプリズム１ｃからＧ光を受け、隣接単位要素４０ｃのマイクロプリズム１ｆからＢ光を受ける。そのため、Ｂ光についての増減はなく、マイクロプリズム１ｃへの入射光のうちＲ光だけ受光しない。また、光感知セル２ｂは、対向するマイクロプリズム１ｄからＧ光を受け、マイクロプリズム１ｃからＲ光を受ける。そのため、Ｒ光についての増減はなく、マイクロプリズム１ｄへの入射光のうちＢ光だけ受光しない。光感知セル２ｃは、直接光と、マイクロプリズム１ｄから入射するＲ光と、隣接単位要素４０ｄのマイクロプリズム１ｇから入射するＢ光とを受光する。
【００７３】
上記の構成により、単位要素４０における光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１３〜１５で表すことができる。
（式１３）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＝Ｇｓ＋Ｂｓ
（式１４）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ
（式１５）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ＋Ｂｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
【００７４】
式１３〜式１５の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。また、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式１６〜１８により算出される。
（式１６）  Ｒｓ＝（−２Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式１７）  Ｇｓ＝（−２Ｓ２ａ＋４Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式１８）  Ｂｓ＝（Ｓ２ａ−２Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
【００７５】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃの演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分の光を受けるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００７６】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光とＢ光を分岐入射させる分光要素を用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、２つの分光要素が配置されている。一方の分光要素は、図６（ａ）における斜め（＋α方向）にＲ光を分岐入射させ、反対側の斜め（−α方向）にＢ光を分岐入射させる。他方の分光要素は、±α方向とは異なる斜め（＋β方向）にＲ光を分岐入射させ、反対側の斜め（−β方向）にＢ光を分岐入射させる。これら２つの分光要素は互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。このような配列により、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００７７】
以上の説明において、各光感知セルは各々に隣接する光感知セルに対向するマイクロプリズムから入射するＲ光またはＢ光の全てを受けるとしたが、必ずしも全てを受ける必要はない。例えば、１つの分光要素から出た光を光感知セルが受光するまでの間にその光の一部が消失しても、上記演算により色情報を近似的に求めることができる。図６（ａ）においてマイクロプリズム１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＲ光の量を第１の量とする。また、マイクロプリズム１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＢ光の量を第２の量とする。すると、光感知セル２ａがマイクロプリズム１ｆから受けるＢ光の量（第３の量）は、第２の量と異なっていてもよい。同様に、光感知セル２ｂがマイクロプリズム１ｃから受けるＲ光の量（第４の量）は、第１の量と異なっていてもよい。さらに、光感知セル２ｃがマイクロプリズム１ｄから受けるＲ光の量（第５の量）は、第１の量と異なっていてもよい。また、光感知セル２ｃがマイクロプリズム１ｇから受けるＢ光の量（第６の量）は、第２の量と異なっていてもよい。
【００７８】
なお、以上の説明において、マイクロプリズム１ｃは、Ｒ光を光感知セル２ｂに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｄに入射させた。また、マイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｃに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｅに入射させた。しかしながら、本実施形態は上記の向きに限られない。マイクロプリズム１ｃ、１ｄはいずれも逆向きに配置されていてもよい。言い換えれば、マイクロプリズム１ｃは、Ｒ光を光感知セル２ｄに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｂに入射させてもよい。同様に、マイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｅに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｃに入射させてもよい。また、本実施形態において、マイクロプリズム１ａ、１ｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００７９】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００８０】
本発実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態２において用いられた光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００８１】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態３の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態３と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態３と重複する構成要素には同一の参照符号を付している。
【００８２】
図７（ａ）は本実施形態の固体撮像素子における分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図７（ａ）〜（ｃ）には、各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。本実施形態において、光感知セルの配列は実施形態３と同様であるが、マイクロプリズムの配列は異なっている。本実施形態では、実施形態３におけるマイクロプリズム１ｃが配置されておらず、分光要素としてマイクロプリズム１ｄのみが配置されている。マイクロプリズム１ｄは実施形態３と同様、光感知セル２ｂに対向して配置され、その分光特性も実施形態３と同様である。
【００８３】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ｄは入射光をＲ光とＢ光とＧ光とに分ける。そして、対向する光感知セル２ｂにＧ光を入射させる。また、光感知セル２ｃにＲ光（図７（ａ）では実線の矢印で示す）を入射させ、隣接単位領域４０ｂの光感知セル２ｅにＢ光（図７（ａ）では破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ａ、２ｃには、対向するマイクロプリズムは配置されず、いずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図７（ｂ）においてマイクロプリズム１ｂを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＲ光およびＢ光は、図７（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｂから出ているＲ光およびＢ光と同一である。
【００８４】
したがって、光感知セル２ａは、直接光と、隣接単位領域４０ｃのマイクロプリズム１ｆから入射するＢ光とを受ける。光感知セル２ｂは、対向するマイクロプリズム１ｄからＧ光を受ける。光感知セル２ｃは、直接光と、隣接のマイクロプリズム１ｄから入射するＲ光とを受ける。
【００８５】
上記構成により、単位要素４０における光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１９〜２１で表すことができる。
（式１９）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ＋Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
（式２０）  Ｓ２ｂ＝Ｇｓ
（式２１）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ＋Ｂｓ
【００８６】
式１９〜式２１の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。さらに、式２０よりＧｓが直接得られる。また、Ｒｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式２２、２３により算出される。
（式２２）  Ｒｓ＝（−Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ＋２Ｓ２ｃ）／３
（式２３）  Ｂｓ＝（２Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ−Ｓ２ｃ）／３
【００８７】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃの演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分を受光するため、高感度である。
【００８８】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光とＢ光とを分岐する分光要素を用いることにより、３画素を基本構成とする構成が成り立つ。以上の構成により、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００８９】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００９０】
本実施形態におけるマイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｃに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｅに入射させるように配置されている。しかしながら、マイクロプリズム１ｄはこのような配置に限定されない。マイクロプリズム１ｄは、図７（ａ）に示すマイクロプリズム１ｄの向きと逆向きに配置されていてもよい。また、マイクロプリズム１ｄは光感知セル２ｂではなく光感知セル２ａに対向して配置されていてもよい。
【００９１】
本実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態２において用いられた光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００９２】
以上の実施形態１〜実施形態４の説明の中では撮像素子のタイプについて言及しなかったが、各実施形態における固体撮像素子は、各種のタイプの撮像素子に利用できる。通常の表面照射型の固体撮像素子だけでなく、裏面照射型の固体撮像素子のような全面受光タイプの撮像素子に対しても問題なく適用でき、その有効性が変わるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明にかかる撮像装置は、固体撮像素子を用いた民生用カメラ、所謂、デジタルカメラ、デジタルムービーや放送用の固体カメラ、産業用の固体監視カメラ等に用いられる。なお、本発明は撮像デバイスが固体撮像素子でなくとも、全てのカラーカメラに有効である。
【符号の説明】
【００９４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇ    マイクロプリズム
１ａａ、１ｂｂ、１ｃｃ、１ｆｆ、１ｇｇ    高屈折率透明部材
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ    撮像素子の光感知セル
３    低屈折率透明部材
１１    マイクロレンズ
１２    インナーレンズ
１３    赤（Ｒ）以外を反射するダイクロイックミラー
１４    緑（Ｇ）のみを反射するダイクロイックミラー
１５    青（Ｂ）のみを反射するダイクロイックミラー
１６    従来のマイクロプリズム
２３、２４、２５    従来技術における撮像素子の光感知セル
３１    透光性の樹脂
３２    Ｇ光透過のダイクロイックミラー
３３    Ｒ光透過のダイクロイックミラー
３４    Ｇ光透過の有機色素フィルタ
３５    Ｒ光透過の有機色素フィルタ
３６    マイクロレンズ
３７    金属層
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ    単位要素
１００    撮像部
１０１    光学レンズ
１０２    光学板
１０３    撮像素子
１０３ａ    撮像面
１０４    信号発生及び画素信号受信部
２００    信号処理部
２０１    メモリ
２０２    ビデオ信号生成部
２０３    ビデオインターフェース部
【図１】
2010070869.tif 000003
【図２】
2010070869.tif 000004
【図３】
2010070869.tif 000005
【図４】
2010070869.tif 000006
【図５】
2010070869.tif 000007
【図６】
2010070869.tif 000008
【図７】
2010070869.tif 000009
【図８】
2010070869.tif 000010
【図９】
2010070869.tif 000011
【図１０】
2010070869.tif 000012
【図１１】
2010070869.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月15日(2010.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置の固体撮像素子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（以下、「撮像素子」と称する場合がある。）を用いたデジタルカメラやデジタルムービーの高機能化、高性能化には目を見張るものがある。特に半導体製造技術の進歩により、固体撮像素子における画素構造の微細化が進んでいる。その結果、固体撮像素子の画素および駆動回路の高集積化が図られてきた。このため、僅かの年数で撮像素子の画素数が１００万画素程度から１０００万画素以上へと著しく増加した。その一方で、撮像素子の多画素化に伴い、１画素の受ける光の量（光量）が減少するため、撮像装置の感度が低下するという問題が起きている。
【０００３】
さらに通常のカラーカメラでは、撮像素子の各光感知部上に有機顔料を色素とする減色型の有機色素フィルタ（色フィルタ）が配置されるため、光利用率はかなり低い。例えば、赤（Ｒ）１画素、緑（Ｇ）２画素、青（Ｂ）１画素を基本構成としたベイヤー型の色フィルタでは、ＲフィルタはＲ光を透過させ、Ｇ光、Ｂ光を吸収する。ＧフィルタはＧ光を透過させ、Ｒ光、Ｂ光を吸収する。ＢフィルタはＢ光を透過させ、Ｒ光、Ｇ光を吸収する。すなわち、各色フィルタを透過する光はＲＧＢ３色の内の１色であり、その他の２色は色フィルタに吸収される。そのため、利用される光は色フィルタに入射する可視光の約１／３である。
【０００４】
感度低下の問題を解決するため、撮像素子の受光部にマイクロレンズアレイを取り付け、受光量を増やす手法が特許文献１に開示されている。この手法によれば、マイクロレンズで集光することによって、実質的に光開口率を向上させることができる。この手法は、現在殆どの固体撮像素子に用いられている。この手法を用いると、実質的な開口率は向上するが、色フィルタによる光利用率低下の問題を解決するものではない。
【０００５】
光利用率低下と感度低下の問題を同時に解決する手法として、ダイクロイックミラーとマイクロレンズとを組み合わせて、光を最大限取り込む構造を有する固体撮像装置が特許文献２に開示されている。この装置は、光を吸収せず特定波長域の光を選択的に透過させ他の波長域の光を反射する複数のダイクロイックミラーを備えている。各ダイクロイックミラーは、必要な光のみを選択し、対応する光感知部に入射させ、その他の光は透過させる。図９に特許文献２に開示された撮像素子の断面図を示す。
【０００６】
図示される撮像素子によれば、集光マイクロレンズ１１に入射した光は、インナーレンズ１２によって光束を調整された後、第１ダイクロイックミラー１３に入射する。第１ダイクロイックミラー１３は、赤（Ｒ）の光を透過させるが、その他の色の光は反射する。第１ダイクロイックミラー１３を透過した光は、直下の光感知セル２３に入射する。第１ダイクロイックミラー１３で反射された光は、隣接する第２ダイクロイックミラー１４に入射する。第２ダイクロイックミラー１４は、緑（Ｇ）の光を反射し、青（Ｂ）の光を透過する。第２ダイクロイックミラー１４で反射された緑の光は、その直下の光感知セル２４に入射する。第２ダイクロイックミラー１４を透過した青の光は、第３ダイクロイックミラー１５で反射され、その直下の光感知セル２５に入射する。この撮像素子によれば、集光マイクロレンズ１１に入射した可視光は損失することなく、そのＲＧＢの各成分が３つの光感知セルによって無駄なく検出される。
【０００７】
その他、マイクロプリズムを用いた手法が特許文献３に開示されている。この手法では、図１０に示すようにマイクロプリズム１６により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各成分に分けられた光をそれぞれに対応する光感知部が受光する。このような手法を用いても、光損失なくＲ、Ｇ、Ｂ各成分を検出することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献２および特許文献３に開示された手法では、分光する色成分の数だけ光感知部を設ける必要がある。例えば赤、緑、青に分離された各々の光を受光するには、光感知部の数を従来の色フィルタを用いた場合に必要な光感知部の数と比較して３倍に増やさなければならない。
【０００９】
以上の技術に対し、光の損失は一部発生するが、ダイクロイックミラーと反射とを用いて光の利用率を高める技術が特許文献５に開示されている。図１１は当該技術を用いた撮像素子の断面図の一部を示している。図示されるように、透光性の樹脂３１内にダイクロイックミラー３２、３３が配置される。ダイクロイックミラー３２はＧ光を透過させ、Ｒ光、Ｂ光を反射する。また、ダイクロイックミラー３３はＲ光を透過させ、Ｇ光、Ｂ光を反射する。
【００１０】
このような構成によれば、Ｂ光は光感知部で受光できないが、Ｒ光、Ｇ光は以下の原理で損失なく検出できる。まずＲ光がダイクロイックミラー３２、３３に入射すると、ダイクロイックミラー３２では反射し、さらに透光性の樹脂３１と空気との界面で全反射し、ダイクロイックミラー３３に入射する。ダイクロイックミラー３３に入射した全てのＲ光は、Ｒ光透過性を有する有機色素フィルタ３５およびマイクロレンズ３６を透過する。光の一部は金属層３７で反射するものの、殆ど全てのＲ光が光感知部に入射する。また、Ｇ光がダイクロイックミラー３２、３３に入射すると、ダイクロイックミラー３３では反射し、さらに透光性の樹脂３１と空気との界面で全反射し、ダイクロイックミラー３２に入射する。ダイクロイックミラー３２に入射した全てのＧ光は、Ｇ光透過性を有する有機色素フィルタ３４およびマイクロレンズ３６を通して、殆ど損失なく光感知部に入射する。
【００１１】
上記の原理により、特許文献５に開示された技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分のうち１色の成分は損失するものの２色の光は殆ど損失なく受光される。このため、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色分の光感知部を配置する必要がない。この技術によれば光利用率は、有機色素フィルタのみで構成された撮像素子における光利用率と比較して２倍に向上する。しかしながら、この技術では３色のうち１色が損失するため、光利用率を１００％にはできない。
【００１２】
一方、撮像装置の水平・垂直方向の解像度を高めるために、従来の正方配列ではなく、隣接する行間および列間で画素を１／２ピッチずらせた、所謂画素ずらしの配置が利用されている。例えば、水平及び垂直方向に画素をずらせた撮像素子が、特許文献５に開示されている。この撮像素子では、光感知部の形状をひし形にして、各画素からの信号を蛇行状に配置されたＣＣＤから読み出す。各画素を水平方向にも垂直方向にも画素の１／２ピッチ分ずらして配列することにより、水平及び垂直方向における解像度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５９−９０４６７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５１９３３号公報
【特許文献３】特表２００２−５０２１２０号公報
【特許文献４】特開２００３−７８９１７号公報
【特許文献５】特開昭６０−１８７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術では、光を吸収する色フィルタや光を波長域に応じて分離するダイクロイックミラー等を用いてＲ、Ｇ、Ｂの３成分を得る技術はある。しかし、これらの技術には、光利用率が低い、または多くの光感知部を必要とする、という問題点がある。これらの技術よりも高感度で、かつ多くの光感知部を必要とせず、さらに高解像度が得られる画素ずらし配列に適したカラー化技術はこれまでに提案されていない。
【００１５】
本発明は、分光型の光学素子を用いて、画素ずらし配列に適した、高感度で高解像を実現する撮像装置、およびこの撮像装置に用いられる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、前記固体撮像素子から出力される電気信号を処理する信号処理部とを備えている。前記固体撮像素子は、前記撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイとを有している。前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成される。前記複数の単位要素の各々は、第１の光感知セルと、第２の光感知セルと、第３の光感知セルと、前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素とを有している。前記複数の単位要素の各々において、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記分光要素に対向する前記光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する。前記信号処理部は、前記第１の光電変換信号、前記第２の光電変換信号、および前記第３の光電変換信号から演算によって色情報を出力する。
【００１７】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々について、前記第２の光感知セルは、前記第１の光感知セルに隣接して配置され、前記第３の光感知セルは、前記第２の光感知セルに隣接して配置され、前記第１の光感知セルの中心と前記第２の光感知セルの中心とを通る直線を第１直線とし、前記第２の光感知セルの中心と前記第３の光感知セルの中心とを通る直線を第２直線とするとき、前記第１直線は前記第２直線と交差している。
【００１８】
ある実施形態において、前記第１直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度は、前記第２直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度に等しい。
【００１９】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々について、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、赤または青のいずれかの波長域の光線を、前記分光要素に対向する前記光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。
【００２０】
ある実施形態において、前記複数の単位要素の各々は、前記第１の光感知セルに対向するように配置された第１の分光要素と、前記第２の光感知セルに対向するように配置された第２の分光要素とを有している。
【００２１】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した光線のうち、前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した光線のうち、前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第３波長域の光線とを受ける。
【００２２】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々について、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した前記第２波長域の光線の量の半分に相当する第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線と前記第３波長域の光線とを前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第３波長域の光線の量の半分に相当する第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１波長域の光線と前記第２波長域の光線とを前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線と、隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受ける。
【００２３】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々について、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第３波長域の光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける。
【００２４】
ある実施形態において、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記複数の単位要素の各々において、前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第５の量の前記第３波長域の光線と、前記第２の分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける。
【００２５】
ある実施形態において、前記第４の量および前記第５の量は、前記第１の量に等しく、前記第３の量および前記第６の量は、前記第２の量に等しい。
【００２６】
ある実施形態において、前記単位要素の各々について、前記分光要素は、前記第１の光感知セルに対向するように配置されており、赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、前記分光要素は、前記分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、前記第１の光感知セルは、前記分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線と前記第３波長域の光線とを除いた光線を受け、前記第２の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受ける。
【００２７】
本発明における固体撮像素子は、撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイとを備える。前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成される。前記複数の単位要素の各々は、第１の光感知セルと、第２の光感知セルと、第３の光感知セルと、前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素とを有している。前記複数の単位要素の各々において、前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる。前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の撮像装置によれば、第１に、分光要素を用いているため、光損失がなく、感度が高い。第２に、分光要素に対向する光感知セルに視感度が高い緑（Ｇ）成分の光線を入射させるため、解像度を高めることができる。第３に、３つの光感知セルの光電変換信号から、演算によって３つの色信号を得ることが可能である。そのため、画素ずらし配列に適した最小画素構成によるカラー撮像が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の各実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図
【図２】本発明の各実施形態におけるレンズおよび撮像素子を示す斜視図
【図３】（ａ）は本発明の実施形態１における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態１における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態１における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図４】（ａ）は本発明の実施形態２における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態２における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態２における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図５】本発明の実施形態２における各光感知セルにおける光電変換信号の配列を示す平面図
【図６】（ａ）は本発明の実施形態３における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態３における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態３における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図７】（ａ）は本発明の実施形態４における画素平面図、（ｂ）は本発明の実施形態４における画素平面のｂ−ｂ´線断面図、（ｃ）は本発明の実施形態４における画素平面のｃ−ｃ´線断面図
【図８】本発明の各実施形態におけるマイクロプリズムの外形図
【図９】マイクロレンズとダイクロイックミラーとを用いた従来の固体撮像素子の断面図
【図１０】マイクロプリズムを用いた従来技術の分光及び受光状態を示す図
【図１１】ダイクロイックミラーと反射とを用いて光の利用率を高めた撮像素子の断面の一部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。全ての図にわたって共通する要素には同一の符号を付している。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の全体構成の一例を示すブロック図である。図示される撮像装置は、撮像部１００と、撮像部１００からの信号を受信し映像信号を生成する信号処理部２００とを備えている。以下、撮像部１００および信号処理部２００を説明する。
【００３２】
撮像部１００は、被写体を結像するためのレンズ１０１と、光学板１０２と、レンズ１０１および光学板１０２を通して結像した光情報を、光電変換により電気信号に変換する撮像素子１０３と、信号発生および画素信号受信部１０４とを備えている。ここで、光学板１０２は、画素配列が原因で発生するモアレパターンを低減するための水晶ローパスフィルタに、赤外線を除去するための赤外カットフィルタを合体させたものである。また、信号発生および画素信号受信部１０４は、撮像素子１０３を駆動するための基本信号を発生すると共に、撮像素子１０３からの信号を受け取り、信号処理部２００に送出する。
【００３３】
信号処理部２００は、信号発生および画素信号受信部１０４から受け取った信号を記憶する画像メモリ２０１と、画像メモリ２０１から読み出したデータからビデオ信号（高精細信号）を生成するビデオ信号生成部２０２と、ビデオ信号を外部に出力するインターフェース（ＩＦ）部２０３とを有している。
【００３４】
以上の構成はあくまでも一例であり、本発明において、撮像素子１０３を除く構成要素は、公知の要素を適切に組み合わせて用いることができる。以下、本実施形態の撮像素子１０３について説明する。以下の説明では、赤、緑、青の色をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂと表す。
【００３５】
図２は、レンズ１０１を透過した光が撮像素子１０３に入射する様子を模式的に示している。ここで、撮像素子１０３の撮像面１０３ａには、多数の光感知セルが２次元状に配列されている。レンズ１０１による結像および上記ローパスフィルタの作用の結果、撮像面１０３ａに光（可視光）が入射する。撮像面１０３ａに入射する光の量（入射光量）および波長域ごとの光量の分布は、入射位置に応じて異なる。各々の光感知セルは、典型的にはフォトダイオードであり、光電変換により入射光量に応じた電気信号（本明細書において「光電変換信号」と呼ぶ）を出力する。
【００３６】
撮像素子１０３は、典型的にはＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーであり、公知の半導体製造技術によって製造される。そして、光感知セルアレイが形成された面に対向して分光要素アレイが設けられる。
【００３７】
本実施形態の撮像装置は、分光要素アレイによる分光を利用してカラー画像信号を生成することができる。１つの光感知セルが出力する信号には、異なる複数の波長域の光に対応する信号成分が重畳されている。１つの光感知セルが出力する信号と他の光感知セルが出力する信号とを用いた演算により、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の色信号を取り出すことができる。
【００３８】
本実施形態における分光要素は、例えば図８に示すような四角柱状のマイクロプリズムである。このようなマイクロプリズムに光が入射すると、波長によって屈折角が異なるため、その行路も波長によって異なる。そのため、マイクロプリズムの長さＬを調整することにより、各色の光線が光感知セルの受光面上に入射する位置を制御することができる。
【００３９】
図８では、マイクロプリズムの斜め下方向に青（Ｂ）の光を、直下方向にその補色（黄（Ｙｅ）：赤（Ｒ）＋緑（Ｇ））の光を入射させる例を示している。マイクロプリズムの長さＬや、光感知セルに対するマイクロプリズムの相対位置を調整することによって、そのマイクロプリズムに対向する光感知セルに入射させる波長域の光線を変えることができる。本明細書では、波長域の異なる光成分を空間的に分離することを「分光」と称する。
【００４０】
上記のように、図８に示すプリズム型の分光要素によれば、入射光に対して第１の角度をなす方向へ第１波長域の光を透過させ、当該入射光に対して第２の角度をなす方向へ第２波長域の光（第１波長域の光の補色）を透過させることができる。また、長さＬおよび光感知セルとの相対位置を調節することで、３つの方向にそれぞれ異なる波長域の光を透過させることも可能である。分光後における各波長域の光は、いずれも入射光を含む平面に含まれている。入射光の光軸を中心に分光要素を回転させて配置することにより、分光を含む上記平面の向きを変えることができる。
【００４１】
以上のような分光要素を有する分光要素アレイは、公知の半導体製造技術により、薄膜の堆積およびパターニングを実行することにより、製造され得る。また、分光要素を２次元状に配列する仕方（パターン）は多様である。分光要素の配列パターンを適切に設計することにより、光感知セルアレイを構成する個々の光感知セルに対して、入射光を所望の波長域に分離・統合して入射させることが可能となる。その結果、各光感知セルが出力する光電変換信号の組から、必要な色成分に対応する信号を算出することができる。
【００４２】
以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施形態の撮像素子１０３をさらに詳細に説明する。以下の説明において、１つの光感知セルが配置された撮像面上の領域を「画素」と呼ぶことがある。なお、本明細書において、「直下」とは、図３（ｂ）、（ｃ）、図４（ｂ）、（ｃ）、図６（ｂ）、（ｃ）、図７（ｂ）、（ｃ）における下方向を意味するものとする。また、「斜め」、「斜め下」、「斜め上」等の方向を表す用語は、参照される図面に基づいて解釈されるものとする。実際の撮像装置における撮像面の向きは常に変化しうるため、本明細書における方向を示す用語は現実には撮像面の向きに応じて様々な方向を意味しうる。
【００４３】
図３（ａ）は本実施形態における固体撮像素子の分光要素アレイおよび光感知セルアレイの配置の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。図示されるように、撮像面の縦方向Ｙに沿って配置された光感知セル２ａの列、光感知セル２ｂの列、光感知セル２ｃの列がこの順で撮像面の横方向Ｘに向かって周期的に配列されている。各光感知セルは、隣接する列に属する最も近接の他の光感知セルと互いに撮像面の横方向Ｘおよび縦方向Ｙに１／２ピッチずれて配置されている。また、分光要素として２種類のマイクロプリズム１ａ、１ｂがそれぞれ光感知セル２ａ、２ｂに対向する位置に配置されている。光感知セル２ｃには対向する分光要素は配置されていない。
【００４４】
本実施形態の撮像素子では、３つの光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃおよび２つの分光要素１ａ、１ｂを１つの単位要素４０として、複数の単位要素が行および列状に配列されている。また、各単位要素の向きは同一である。各単位要素において、光感知セル２ｂは光感知セル２ａおよび光感知セル２ｃに隣接して配置されている。また、光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線と光感知セル２ｂと光感知セル２ｃとを通るｃ−ｃ´線とは交差している。図示される光感知セルの配列では、ｂ−ｂ´線と撮像面の縦方向Ｙとがなす角度は、ｃ−ｃ´線と撮像面の縦方向Ｙとがなす角度に等しいが、必ずしも等しくなくてもよい。また、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）には各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。
【００４５】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ａは、入射光をＲ光とその補色のシアン（Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ）光とに分ける。そして、その直下の光感知セル２ａにシアン光を入射させ、図３（ａ）における斜め上（α方向）に位置する光感知セル２ｂにＲ光（図３(ａ)では、実線の矢印で示す）を入射させる。また、マイクロプリズム１ｂは、入射光をＢ光とその補色の黄光（Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ）とに分ける。そして、その直下の光感知セル２ｂに黄光を入射させ、図３（ａ）における斜め下（β方向）に位置する光感知セル２ｃにＢ光（図３(ａ)では、破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ｃにはいずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図３（ｂ）においてマイクロプリズム１ｂを基点とする斜め下方向の矢印で示されるＢ光は、図３（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｂから出ているＢ光と同一である。
【００４６】
単位要素４０に入射する光（可視光）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長域をもつ３種類の光に分類される。そして、各光感知セルが受ける光線の量は、各々が受けるＲ、Ｇ、Ｂの各波長域の光線の量の和である。Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長域の光線の量に相当する光電変換信号をそれぞれＲｓ、Ｇｓ、Ｂｓと表すと、各光感知セルが位置する領域における分光前の入射光量に相当する信号Ｗｓは、Ｗｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋Ｂｗと表すことができる。マイクロプリズム２ａおよび２ｂによる分光の結果、光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃが出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１〜３で表すことができる。
（式１）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＝Ｇｓ＋Ｂｓ
（式２）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＋Ｒｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ
（式３）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
【００４７】
以上の式において、２Ｒｓ、２Ｂｓは、それぞれＲｓ、Ｂｓの２倍の量であることを表す。以下、同様である。式１〜式３の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。そして、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式４〜６により算出される。
（式４）  Ｒｓ＝（−２Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式５）  Ｇｓ＝（４Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ−２Ｓ２ｃ）／３
（式６）  Ｂｓ＝（−Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ＋２Ｓ２ｃ）／３
【００４８】
このように、光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃを用いた演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分の光を受けるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００４９】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光を分岐入射させる分光要素とＢ光を分岐入射させる分光要素とを用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、図３（ａ）における斜め（α方向）にＲ光を分岐入射させる分光要素と、α方向とは異なる斜め（β方向）にＢ光を分岐入射させる分光要素とが、互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。これにより、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００５０】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００５１】
以上説明した第１の実施形態では、１つの単位要素は２つの分光要素を有している。一方の分光要素はＲ光を撮像面に垂直な方向から見て斜め（図３（ａ）におけるα方向）に位置する光感知セルに入射させる。他方の分光要素はＢ光を撮像面に垂直な方向から見てα方向とは異なる斜め（図３(ａ)におけるβ方向）に位置する光感知セルに入射させる。しかしながら、本発明はこの構成に限られるものではない。１つの単位要素が分光要素を１つだけ有している撮像素子であっても同様にして色情報を得ることができる。分光要素が少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光をその直下に位置する光感知セルに入射させ、その他の光を２つの波長域の光に分光し、それぞれを他の２つの光感知セルに入射させる撮像素子であれば、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により色信号を得ることが可能である。
【００５２】
本実施形態におけるマイクロプリズム１ａは、Ｒ光を光感知セル２ｂに入射させるように配置されている。また、マイクロプリズム１ｂは、Ｂ光を光感知セル２ｃに入射させるように配置されている。しかしながら、マイクロプリズム１ａ、１ｂはこのような配置に限定されるものではない。マイクロプリズム１ａ、１ｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００５３】
本実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、以下の実施形態２において用いられる光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００５４】
（実施形態２）
次に第２の実施形態について、図４（ａ）〜（ｃ）、および図５を用いて説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態１の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態１と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態１と重複する構成要素については同一の参照符号を付している。
【００５５】
図４（ａ）は本実施形態における固体撮像素子の分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図で、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図５は、各光感知セルに入射する光の色成分を表している。本実施形態において、光感知セルアレイおよび分光要素アレイの配列は実施形態１と同様であり、分光要素の分光の仕方が異なっている。
【００５６】
本実施形態では、実施形態１で用いられるマイクロプリズムではなく、光の回折を利用するタイプの分光要素が用いられる。このタイプの分光要素は、屈折率が相対的に高い材料から形成された高屈折率透明部材（コア部）と、屈折率が相対的に低い材料から形成されコア部の各々の側面と接する低屈折率透明部材（クラッド部）とを有する。コア部とクラッド部との屈折率の差により、入射光が回折する。このため、コア部の斜め下方に位置する光感知セルに原色光を入射させ、コア部の直下に位置する光感知セルに補色光を入射させることが可能となる。コア部の存在によって分光が可能になるため、本明細書では、個々の高屈折率透明部材も「分光要素」であるものとする。
【００５７】
このように、屈折率の異なる材料から形成された、回折を生じさせる分光要素でも、マイクロプリズムを用いた場合と同様、光感知セルからの光電変換信号を用いた簡単な演算で効率よく色信号を取り出せる。そのため、このような分光要素を用いても光利用率の高いカラー撮像装置を実現できる。
【００５８】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、高屈折率透明部材１ａａは、低屈折率透明部材３との屈折率差により、入射光をＲ光（半分ずつ２方向に分離）とその補色であるシアン（Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ）とに分離する。そして、その直下の光感知セル２ａにシアン光を入射させ、図４(ａ)における斜め（±α方向）に位置する光感知セル２ｂおよび隣接単位要素４０ａの光感知セル２ｄにそれぞれＲ光を１／２ずつ（図４(ａ)では、実線の矢印で示す）入射させる。一方、高屈折率透明部材１ｂｂは、低屈折率透明部材３との屈折率差により、入射光をＢ光（半分ずつ２方向に分離）とその補色である黄（Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ）光とに分離する。そして、その直下の光感知セル２ｂに黄光を入射させ、図４（ａ）における斜め（±β方向）に位置する光感知セル２ｃおよび隣接単位要素４０ｂの光感知セル２ｅにそれぞれＢ光を１／２ずつ（図４(ａ)では、破線の矢印で示す）入射させる。光感知セル２ｃにはいずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図４（ｂ）において高屈折率透明部材１ｂｂを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＢ光（Ｂ／２）は、図４（ｃ）における高屈折率透明部材１ｂｂから出ている２つのＢ光（Ｂ／２）と同一である。
【００５９】
したがって、光感知セル２ａは、対向する高屈折率透明部材１ａａからＧ光およびＢ光を受け、隣接単位要素４０ｃの高屈折率透明部材１ｆｆからＢ光の１／２を受ける。また、光感知セル２ｂは、対向する高屈折率透明部材１ｂｂからＧ光およびＲ光を受け、光感知セル２ａに対向する高屈折率透明部材１ａａからＲ光の１／２を受ける。光感知セル２ｃは、直接光と、光感知セル２ｂに対向する高屈折率透明部材１ｂｂから入射するＢ光の１／２と、隣接単位要素４０ｄの高屈折率透明部材１ｇｇから入射するＲ光の１／２とを受ける。図５に各光感知セルが受光する光の色成分を示す。
【００６０】
上記の構成により、単位要素４０に含まれる光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、以下の式７〜９で表すことができる。
（式７）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＋Ｂｓ／２＝Ｇｓ＋３Ｂｓ／２
（式８）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＋Ｒｓ／２＝３Ｒｓ／２＋Ｇｓ
（式９）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ／２＋Ｂｓ／２＝３Ｒｓ／２＋Ｇｓ＋３Ｂｓ／２
【００６１】
式７〜式９の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。また、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式１０〜１２により算出される。
（式１０）  Ｒｓ＝２（Ｓ２ｃ−Ｓ２ａ）／３
（式１１）  Ｇｓ＝Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ−Ｓ２ｃ
（式１２）  Ｂｓ＝２（Ｓ２ｃ−Ｓ２ｂ）／３
【００６２】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃを用いた演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。特に本実施形態の場合は２つの光電変換信号間の単純減算でＲ、Ｂ成分が容易に得られるという特長がある。さらに、各光感知セルともＧ成分を受光するため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００６３】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光を分岐入射させる分光要素とＢ光を分岐入射させる分光要素とを用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、図４（ａ）における斜め（±α方向）にＲ光を分岐入射させる分光要素と、±α方向とは異なる斜め（±β方向）に分岐入射させる分光要素とが、互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。これにより、最少の画素数（３画素）の基本構成で各画素からの光電変換信号を用いた単純な減算を含む演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００６４】
以上の説明において、各光感知セルは各々に隣接する光感知セルに対向する分光要素から入射するＲ光（Ｒ／２）またはＢ光（Ｂ／２）の全てを受けるとしたが、必ずしも全てを受ける必要はない。例えば、１つの分光要素から出た光を光感知セルが受光するまでの間にその光の一部が消失しても、上記演算により色情報を近似的に求めることができる。図４（ａ）において分光要素１ａａ、１ｇｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＲ光（Ｒ／２）の量を第１の量とする。また、分光要素１ｂｂ、１ｆｆが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＢ光（Ｂ／２）の量を第２の量とする。すると、光感知セル２ａが分光要素１ｆｆから受けるＢ光の量（第３の量）は、第２の量と異なっていてもよい。同様に、光感知セル２ｂが分光要素１ａａから受けるＲ光の量（第４の量）は、第１の量と異なっていてもよい。さらに、光感知セル２ｃが分光要素１ｂｂから受けるＲ光の量（第５の量）は、第１の量と異なっていてもよい。また、光感知セル２ｃが分光要素１ｇｇから受けるＢ光の量（第６の量）は、第２の量と異なっていてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００６６】
本実施形態における高屈折率透明部材１ａａは、Ｒ光の１／２を光感知セル２ｂおよび光感知セル２ｄに入射させるように配置されている。また、高屈折率透明部材１ｂｂは、Ｂ光の１／２を光感知セル２ｃおよび光感知セル２ｅに入射させるように配置されている。しかしながら、光屈折率透明部材１ａａ、１ｂｂはこのような配置に限定されるものではない。高屈折率透明部材１ａａ、１ｂｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００６７】
本実施形態の撮像装置は、分光要素として高屈折率の透明部材を用いているが、分光要素は高屈折率の透明部材に限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態１において用いられたマイクロプリズムを利用しても構わない。
【００６８】
（実施形態３）
次に第３の実施形態について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態１の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態１と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態１と重複する構成要素については同一の参照符号を付している。
【００６９】
図６（ａ）は本実施形態の固体撮像素子における分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図６（ｃ）は図６（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）には、各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。本実施形態において、光感知セルアレイおよび分光要素アレイの配列は実施形態１と同様であるが、分光要素の分光の方式が異なっている。図示される分光要素は図３（ａ）〜（ｃ）と同様、マイクロプリズムである。
【００７０】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ｃ、１ｄは、ともに入射光をＲ光とＢ光とＧ光とに分ける。マイクロプリズム１ｃ、１ｄは互いに異なる向きに配置されている。マイクロプリズム１ｃは、その直下の光感知セル２ａにＧ光を入射させる。また、マイクロプリズム１ｃに対して図６（ａ）における斜め上（＋α方向）に位置する光感知セル２ｂにＲ光（図６(ａ)では、実線の矢印で示す）を入射させ、異なる斜め（−α方向）に位置する光感知セル２ｄにＢ光（図６(ａ)では、破線の矢印で示す）を入射させる。マイクロプリズム１ｄの向きは、マイクロプリズム１ｃの向きと異なっている。マイクロプリズム１ｄは、対向する光感知セル２ｂにＧ光を入射させる。また、マイクロプリズム１ｄに対して図６（ａ）における斜め下（＋β方向）に位置する光感知セル２ｃにＲ光（図６（ａ）では、実線の矢印で示す）を入射させ、反対側の斜め上（−β方向）に位置する光感知セル２ｅにＢ光（図６（ａ）では、破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ｃには対向するマイクロプリズムは配置されず、いずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図６（ｂ）においてマイクロプリズム１ｄを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＲ光およびＢ光は、それぞれ図６（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｄから出ているＲ光およびＢ光と同一である。
【００７１】
ここで、マイクロプリズム１ｃ、１ｄは図８に示すものと同様のものであるが、１つの方向にＲ光を分岐させ、その他の方向にＢ光を分岐させるよう、その長さＬが調整されている。
【００７２】
したがって、光感知セル２ａは、対向するマイクロプリズム１ｃからＧ光を受け、隣接単位要素４０ｃのマイクロプリズム１ｆからＢ光を受ける。そのため、Ｂ光についての増減はなく、マイクロプリズム１ｃへの入射光のうちＲ光だけ受光しない。また、光感知セル２ｂは、対向するマイクロプリズム１ｄからＧ光を受け、マイクロプリズム１ｃからＲ光を受ける。そのため、Ｒ光についての増減はなく、マイクロプリズム１ｄへの入射光のうちＢ光だけ受光しない。光感知セル２ｃは、直接光と、マイクロプリズム１ｄから入射するＲ光と、隣接単位要素４０ｄのマイクロプリズム１ｇから入射するＢ光とを受光する。
【００７３】
上記の構成により、単位要素４０における光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１３〜１５で表すことができる。
（式１３）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ−Ｒｓ＝Ｇｓ＋Ｂｓ
（式１４）  Ｓ２ｂ＝Ｗｓ−Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ
（式１５）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ＋Ｂｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
【００７４】
式１３〜式１５の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。また、Ｒｓ、Ｇｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式１６〜１８により算出される。
（式１６）  Ｒｓ＝（−２Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式１７）  Ｇｓ＝（−２Ｓ２ａ＋４Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
（式１８）  Ｂｓ＝（Ｓ２ａ−２Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ）／３
【００７５】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃの演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分の光を受けるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像度である。
【００７６】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光とＢ光を分岐入射させる分光要素を用いることにより、３画素を基本とする構成が成り立つ。各単位要素には、２つの分光要素が配置されている。一方の分光要素は、図６（ａ）における斜め（＋α方向）にＲ光を分岐入射させ、反対側の斜め（−α方向）にＢ光を分岐入射させる。他方の分光要素は、±α方向とは異なる斜め（＋β方向）にＲ光を分岐入射させ、反対側の斜め（−β方向）にＢ光を分岐入射させる。これら２つの分光要素は互いに隣接した２つの画素にそれぞれ対向して配置されている。このような配列により、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００７７】
以上の説明において、各光感知セルは各々に隣接する光感知セルに対向するマイクロプリズムから入射するＲ光またはＢ光の全てを受けるとしたが、必ずしも全てを受ける必要はない。例えば、１つの分光要素から出た光を光感知セルが受光するまでの間にその光の一部が消失しても、上記演算により色情報を近似的に求めることができる。図６（ａ）においてマイクロプリズム１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＲ光の量を第１の量とする。また、マイクロプリズム１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇが各々に対向する光感知セルに隣接する光感知セルに入射するＢ光の量を第２の量とする。すると、光感知セル２ａがマイクロプリズム１ｆから受けるＢ光の量（第３の量）は、第２の量と異なっていてもよい。同様に、光感知セル２ｂがマイクロプリズム１ｃから受けるＲ光の量（第４の量）は、第１の量と異なっていてもよい。さらに、光感知セル２ｃがマイクロプリズム１ｄから受けるＲ光の量（第５の量）は、第１の量と異なっていてもよい。また、光感知セル２ｃがマイクロプリズム１ｇから受けるＢ光の量（第６の量）は、第２の量と異なっていてもよい。
【００７８】
なお、以上の説明において、マイクロプリズム１ｃは、Ｒ光を光感知セル２ｂに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｄに入射させた。また、マイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｃに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｅに入射させた。しかしながら、本実施形態は上記の向きに限られない。マイクロプリズム１ｃ、１ｄはいずれも逆向きに配置されていてもよい。言い換えれば、マイクロプリズム１ｃは、Ｒ光を光感知セル２ｄに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｂに入射させてもよい。同様に、マイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｅに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｃに入射させてもよい。また、本実施形態において、マイクロプリズム１ａ、１ｂを互いに入れ替えても同様の効果が得られる。
【００７９】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００８０】
本発実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態２において用いられた光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００８１】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。本実施形態の撮像装置は、実施形態３の撮像装置と比較して、固体撮像素子のみが異なり、その他の構成要素は同一である。そのため、実施形態３と異なる点のみを以下、説明する。以下の説明において、実施形態３と重複する構成要素には同一の参照符号を付している。
【００８２】
図７（ａ）は本実施形態の固体撮像素子における分光要素および光感知セルの配列の一部と分光の様子とを示す画素平面図である。また、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ´線における断面図である。図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ´線における断面図である。図７（ａ）〜（ｃ）には、各光感知セルが受光する光の色成分も記載されている。本実施形態において、光感知セルの配列は実施形態３と同様であるが、マイクロプリズムの配列は異なっている。本実施形態では、実施形態３におけるマイクロプリズム１ｃが配置されておらず、分光要素としてマイクロプリズム１ｄのみが配置されている。マイクロプリズム１ｄは実施形態３と同様、光感知セル２ｂに対向して配置され、その分光特性も実施形態３と同様である。
【００８３】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロプリズム１ｄは入射光をＲ光とＢ光とＧ光とに分ける。そして、対向する光感知セル２ｂにＧ光を入射させる。また、光感知セル２ｃにＲ光（図７（ａ）では実線の矢印で示す）を入射させ、隣接単位領域４０ｂの光感知セル２ｅにＢ光（図７（ａ）では破線の矢印で示す）を入射させる。光感知セル２ａ、２ｃには、対向するマイクロプリズムは配置されず、いずれの分光要素をも介さない直接光も入射する。なお、図７（ｂ）においてマイクロプリズム１ｂを基点とする斜め下方向の２つの矢印で示されるＲ光およびＢ光は、図７（ｃ）におけるマイクロプリズム１ｂから出ているＲ光およびＢ光と同一である。
【００８４】
したがって、光感知セル２ａは、直接光と、隣接単位領域４０ｃのマイクロプリズム１ｆから入射するＢ光とを受ける。光感知セル２ｂは、対向するマイクロプリズム１ｄからＧ光を受ける。光感知セル２ｃは、直接光と、隣接のマイクロプリズム１ｄから入射するＲ光とを受ける。
【００８５】
上記構成により、単位要素４０における光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ出力する光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃは、それぞれ以下の式１９〜２１で表すことができる。
（式１９）  Ｓ２ａ＝Ｗｓ＋Ｂｓ＝Ｒｓ＋Ｇｓ＋２Ｂｓ
（式２０）  Ｓ２ｂ＝Ｇｓ
（式２１）  Ｓ２ｃ＝Ｗｓ＋Ｒｓ＝２Ｒｓ＋Ｇｓ＋Ｂｓ
【００８６】
式１９〜式２１の加算により、Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＝３Ｗｓが導かれ、輝度情報Ｗｓが得られる。さらに、式２０よりＧｓが直接得られる。また、Ｒｓ、Ｂｓはそれぞれ以下の式２２、２３により算出される。
（式２２）  Ｒｓ＝（−Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ＋２Ｓ２ｃ）／３
（式２３）  Ｂｓ＝（２Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ−Ｓ２ｃ）／３
【００８７】
このように光電変換信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃの演算からＲ、Ｇ、Ｂ各色の信号を光損失なく得ることができる。さらに、各光感知セルともＧ成分を受光するため、高感度である。
【００８８】
以上のように本実施形態によれば、画素ずらし構成の撮像素子において、Ｒ光とＢ光とを分岐する分光要素を用いることにより、３画素を基本構成とする構成が成り立つ。以上の構成により、最少の画素数（３画素）の基本構成で、各画素からの光電変換信号を用いた演算によりＲ、Ｇ、Ｂ各成分の信号を得ることができる。さらに、画素ずらし構成で各画素ともＧ成分を含んでいるため、本実施形態における撮像素子は高感度かつ高解像である。
【００８９】
なお、本実施形態で用いた３画素を基本構成とし、３つの画素からの光電変換信号から演算により色情報を得る撮像素子は、必ずしも画素ずらし配列を有している必要はない。従来の正方配列であっても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において各単位要素の光感知セル２ａの中心と光感知セル２ｂの中心とを通るｂ−ｂ´線は、光感知セル２ｂの中心と光感知セル２ｃの中心とを通るｃ−ｃ´線と交差している。しかし、各単位要素において３つの光感知セルが直線状に並んでいても、適切に分光要素を配置することにより、３つの光感知セルからの光電変換信号を用いた演算により、色情報を得ることは可能である。さらに、各単位要素に含まれる光感知セル２ａ、２ｃは光感知セル２ｂに隣接しているとしたが、隣接していることは必須ではない。３つの光感知セルの光電変換信号が全て異なるように分光要素が適切に配置されれば、３つの光感知セルの配置がどのようなものであっても上記演算により色情報を得ることは可能である。また、単位要素４０の向きは他のどの単位要素の向きとも同一であるとしたが、必ずしも同一でなくとも上記の効果は得られる。
【００９０】
本実施形態におけるマイクロプリズム１ｄは、Ｒ光を光感知セル２ｃに入射させ、Ｂ光を光感知セル２ｅに入射させるように配置されている。しかしながら、マイクロプリズム１ｄはこのような配置に限定されない。マイクロプリズム１ｄは、図７（ａ）に示すマイクロプリズム１ｄの向きと逆向きに配置されていてもよい。また、マイクロプリズム１ｄは光感知セル２ｂではなく光感知セル２ａに対向して配置されていてもよい。
【００９１】
本実施形態の撮像装置は、分光要素としてマイクロプリズムを用いているが、分光要素はマイクロプリズムに限られるものではない。分光要素は、入射する光を波長域に応じて分け、光感知セルのサイズに合わせて微小領域に入射させる光学素子であれば何でもよい。例えば、実施形態２において用いられた光の回折を利用する分光要素を用いても構わない。
【００９２】
以上の実施形態１〜実施形態４の説明の中では撮像素子のタイプについて言及しなかったが、各実施形態における固体撮像素子は、各種のタイプの撮像素子に利用できる。通常の表面照射型の固体撮像素子だけでなく、裏面照射型の固体撮像素子のような全面受光タイプの撮像素子に対しても問題なく適用でき、その有効性が変わるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明にかかる撮像装置は、固体撮像素子を用いた民生用カメラ、所謂、デジタルカメラ、デジタルムービーや放送用の固体カメラ、産業用の固体監視カメラ等に用いられる。なお、本発明は撮像デバイスが固体撮像素子でなくとも、全てのカラーカメラに有効である。
【符号の説明】
【００９４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇ    マイクロプリズム
１ａａ、１ｂｂ、１ｃｃ、１ｆｆ、１ｇｇ    高屈折率透明部材
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ    撮像素子の光感知セル
３    低屈折率透明部材
１１    マイクロレンズ
１２    インナーレンズ
１３    赤（Ｒ）以外を反射するダイクロイックミラー
１４    緑（Ｇ）のみを反射するダイクロイックミラー
１５    青（Ｂ）のみを反射するダイクロイックミラー
１６    従来のマイクロプリズム
２３、２４、２５    従来技術における撮像素子の光感知セル
３１    透光性の樹脂
３２    Ｇ光透過のダイクロイックミラー
３３    Ｒ光透過のダイクロイックミラー
３４    Ｇ光透過の有機色素フィルタ
３５    Ｒ光透過の有機色素フィルタ
３６    マイクロレンズ
３７    金属層
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ    単位要素
１００    撮像部
１０１    光学レンズ
１０２    光学板
１０３    撮像素子
１０３ａ    撮像面
１０４    信号発生及び画素信号受信部
２００    信号処理部
２０１    メモリ
２０２    ビデオ信号生成部
２０３    ビデオインターフェース部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像面に像を形成する光学系と、
前記固体撮像素子から出力される電気信号を処理する信号処理部と、
を備える撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
前記撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、
前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイと、
を有し、
前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成され、
前記複数の単位要素の各々は、
第１の光感知セルと、
第２の光感知セルと、
第３の光感知セルと、
前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素と、
を有し、
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記分光要素に対向する前記光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、
前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、
前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第１の光電変換信号、前記第２の光電変換信号、および前記第３の光電変換信号から演算によって色情報を出力する撮像装置。
【請求項２】
前記複数の単位要素の各々において、
前記第２の光感知セルは、前記第１の光感知セルに隣接して配置され、前記第３の光感知セルは、前記第２の光感知セルに隣接して配置され、
前記第１の光感知セルの中心と前記第２の光感知セルの中心とを通る直線を第１直線とし、前記第２の光感知セルの中心と前記第３の光感知セルの中心とを通る直線を第２直線とするとき、
前記第１直線は前記第２直線と交差している、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度は、前記第２直線と前記撮像面の縦方向とがなす角度に等しい、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、赤または青のいずれかの波長域の光線を、前記分光要素に対向する前記光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させる、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の単位要素の各々は、
前記第１の光感知セルに対向するように配置された第１の分光要素と、
前記第２の光感知セルに対向するように配置された第２の分光要素と、
を有している、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した光線のうち、前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した光線のうち、前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、それ以外の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した前記第２波長域の光線の量の半分に相当する第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線と前記第３波長域の光線とを前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第３波長域の光線の量の半分に相当する第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、残りの半分を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１波長域の光線と前記第２波長域の光線とを前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線を除いた光線と、隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第３波長域の光線を除いた光線と、前記第１の分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第３波長域の光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記第２の分光要素から入射した第５の量の前記第２波長域の光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項９】
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記複数の単位要素の各々において、
前記第１の分光要素は、前記第１の分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第１の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第２の分光要素は、前記第２の分光要素に入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線を隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線を前記第３の光感知セルに入射させ、前記第２の分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記第１の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および隣接する第３の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第３の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第２の光感知セルは、前記第２の分光要素に入射した光線から前記第１の量の前記第２波長域の光線と前記第２の量の前記第３波長域の光線とを除いた光線、および前記第１の分光要素から入射した第４の量の前記第２波長域の光線を受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第４の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した第５の量の前記第３波長域の光線と、前記第２の分光要素から入射した第６の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第４の量および前記第５の量は、前記第１の量に等しく、前記第３の量および前記第６の量は、前記第２の量に等しい、請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記第１の光感知セルに対向するように配置されており、
赤または青の波長域のいずれか一方を第２波長域とし、他方を第３波長域とするとき、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した第１の量の前記第２波長域の光線を前記第２の光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した第２の量の前記第３波長域の光線を隣接する第１の隣接単位要素に含まれる１つの光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した前記第１波長域の光線を前記第１の光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、前記分光要素に入射した光線から前記第２波長域の光線と前記第３波長域の光線とを除いた光線を受け、
前記第２の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、前記分光要素から入射した前記第１の量の前記第２波長域の光線とを受け、
前記第３の光感知セルは、いずれの分光要素をも介さずに入射した光線と、隣接する第２の隣接単位要素に含まれる１つの分光要素から入射した前記第２の量の前記第３波長域の光線とを受ける、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１２】
撮像面において２次元状に配列された複数の光感知セルからなる光感知セルアレイと、
前記光感知セルアレイの一部に対応して配置された複数の分光要素からなる分光要素アレイと、
を備える固体撮像素子であって、
前記光感知セルアレイおよび前記分光要素アレイは、複数の単位要素から構成され、
前記複数の単位要素の各々は、
第１の光感知セルと、
第２の光感知セルと、
第３の光感知セルと、
前記第１の光感知セルおよび前記第２の光感知セルのうち少なくとも一方に対向して配置された少なくとも１つの分光要素と、
を有し、
前記複数の単位要素の各々において、
前記分光要素は、前記分光要素に入射した光線のうち、少なくとも緑の波長域を含む第１波長域の光線を前記分光要素に対向する光感知セルに入射させ、前記分光要素に入射した光線のうち前記第１波長域以外の光線を前記第１の光感知セル以外の少なくとも１つの光感知セルに入射させ、
前記第１の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第１の光電変換信号を出力し、
前記第２の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第２の光電変換信号を出力し、
前記第３の光感知セルは、受けた光線の量に応じた第３の光電変換信号を出力する固体撮像素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010070869.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010070869.tif 000023
【図１１】
2010070869.tif 000024
【国際調査報告】
2010070869.tif 000025
2010070869.tif 000026
2010070869.tif 000027
2010070869.tif 000028
2010070869.tif 000029
2010070869.tif 000030
2010070869.tif 000031
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