(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部と、
前記複数の受光部の受光面側に設けられた透明層と、
前記透明層の光入射面と前記複数の受光部との間に設けられた複数の分光部と、
前記複数の分光部よりも前記複数の受光部側に設けられた複数の高屈折率透明体と、
を備え、
前記複数の高屈折率透明体は、前記透明層よりも屈折率が高く、
前記複数の分光部と前記複数の高屈折率透明体とは、前記受光面に対する正射影が互いに重ならないように配置され、
前記透明層および１つの前記分光部を光が通過することで分離された０次回折光と＋１次回折光と−１次回折光とは、互いに異なる前記受光部に入射し、
前記高屈折率透明体は、前記＋１次回折光および前記−１次回折光の回折角が、前記高屈折率透明体を配置しない場合と比較して広がるように配置され、
前記受光面と垂直な方向において、前記高屈折率透明体は、前記受光面よりも前記分光部に近い位置に配置される、撮像装置。
【請求項２】
前記分光部の形状は、前記受光面と平行な方向の長さよりも、垂直な方向の長さの方が長く、
前記高屈折率透明体の形状は、前記受光面と垂直な方向の長さよりも、平行な方向の長さの方が長い、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記分光部は、前記複数の受光部の１つおきに配置されている、請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記受光部同士の境界部分には、遮光部が設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記高屈折率透明体は、前記複数の受光部の受光面のうち、前記遮光部が設けられていない面の上部に配置されている、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記透明層の前記光入射面側にはオンチップレンズが設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記高屈折率透明体のうちの前記受光面と平行な方向の面は、方形または円形である、請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、撮像装置の高感度化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやデジタルムービーカメラの高画素数化に伴い、ＣＣＤ構造やＣＭＯＳ構造等におけるセルサイズの微細化が進められている。しかし、セルサイズの微細化に伴い、光の受光面積が物理的に縮小し、受光量が低下する。そのため、今後は光の利用効率を少しでも高めるための撮像構造が求められる。【０００３】
特許文献１では、光の利用効率を高めるためのカラーフィルタレス撮像装置が提案されている。撮像装置に入射した光が、周囲よりも屈折率の高い板状の透明な分光部を通過することにより、それぞれ波長が異なる０次光と±１次光が発生する。発生した０次光と±１次光をそれぞれ別々の光検出器に入射するように設計する。このような透明な分光部を用いることで、従来のカラーフィルタを用いた撮像装置よりも光の利用効率を高めることが提案されている。【０００４】
また、特許文献２は、撮像装置における集光デバイスとして層内レンズを開示しており、レンズ効果によって光の集光性を高めている。また、特許文献３は、撮像装置における集光デバイスとして光導波路を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１９８１８号パンフレット
【特許文献２】特開２０１１−１０３３４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２２２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような特許文献１に示す分光部を撮像装置に適用した構成においても、光の利用効率をさらに高めることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る撮像装置は、複数の受光部と、前記複数の受光部の受光面側に設けられた透明層と、前記透明層の光入射面と前記複数の受光部との間に設けられた複数の分光部と、前記複数の分光部よりも前記複数の受光部側に設けられた複数の高屈折率透明体とを備え、前記複数の高屈折率透明体は、前記透明層よりも屈折率が高い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る撮像装置によれば、分光部よりも受光部側に高屈折率透明体を配置することで、該高屈折率透明体周辺の光が集光し、遮光部によって制限された開口領域に効率よく光を入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】撮像装置に分光部を適用した構成を示す図である。
【図２】撮像装置内に遮光部が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタに入射する光の光学特性を示す図である。
【図３】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図４】例示的な実施形態に係る高屈体が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタに入射する光の光学特性を示す図である。
【図５】例示的な実施形態に係る高屈体の立体形状を示す図である。
【図６】（ａ）から（ｄ）は、例示的な実施形態に係る高屈体の製造方法を示す図である。
【図７】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図８】例示的な実施形態に係る高屈体が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタに入射する光の光学特性を示す図である。
【図９】例示的な実施形態において、遮光部が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタに入射する光の光学特性を示す図である。
【図１０】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図１１】例示的な実施形態において、オンチップレンズの曲率半径とフォトディテクタに入射する光の光学特性との関係を示す図である。
【図１２】例示的な実施形態に係る高屈体がある場合と無い場合とにおける、フォトディテクタに入射する光の光学特性を示す図である。
【図１３】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図１４】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図１５】例示的な実施形態に係る分光部に光が入射したときの光の断面強度分布を示す図である。
【図１６】例示的な実施形態に係るフォトディテクタの受光面における光の強度分布を示す図である。
【図１７】例示的な実施形態に係る撮像装置を示す図である。
【図１８】例示的な実施形態に係る分光部に光が入射したときの光の断面強度分布を示す図である。
【図１９】例示的な実施形態に係るフォトディテクタの受光面における光の強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、特許文献１に示す分光部を一般的な撮像装置に適用した場合の、フォトディテクタへの入射光量について検討した結果を示す。
【００１１】
図１は、特許文献１に示す分光部を一般的な撮像装置に適用した構成の断面図である。図１に示す撮像装置１は、透明層２に埋め込まれ、その透明層２よりも屈折率が高い材料からなる分光部３と、配線や電極などを想定した仮想的な遮光部４と、フォトディテクタ５ａおよび５ｂとを備える。この例では、遮光部４によって制限される開口率を約４０％とした。
【００１２】
撮像装置１に入射した白色光１ａのうち、高屈折率材料である分光部３を通過した光と、その周囲の透明層２を通過する光とで、位相差が生じる。この位相差を利用し、赤色の光を±１次光として分離し、０次光には白色から赤色を除いたシアン色の光が生じるように分光部３の長さ（光軸方向の長さ）を調節する。また、分光部３は、複数のフォトディテクタの１つおき（２画素間隔）に配置する。そして、分光部３から生じる±１次光を隣接画素へ入射させることで、分光部３を含む画素のフォトディテクタには白色から赤色を除いたシアン色の光Ｃｙが入射し、隣接画素のフォトディテクタには赤色の光Ｒおよび白色の光Ｗが入射する。
【００１３】
図２は、撮像装置１内に遮光部４が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタ５ａと５ｂに入射する光学特性を示す。なお、図２の透過率とは、各フォトディテクタに入射する光量を、１画素に入射する光量で波長ごとに規格化した値を示している。遮光部４によって制限された開口によって、各フォトディテクタ上における光透過率が大きく低下している。このように、特許文献１の分光部を撮像装置に適用しただけでは、遮光部等による開口の制限によって、光量の損失が生じてしまっている。
【００１４】
以上の検討結果を鑑み、本願発明者らは、遮光部によって制限された開口領域に効率良く光を入射させるための撮像装置を鋭意研究した。
【００１５】
本願の限定的でない例示的なある実施形態は、光の利用効率を高めた撮像装置を提供する。
【００１６】
本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
【００１７】
本発明の一態様である撮像装置は、複数の受光部と、前記複数の受光部の受光面側に設けられた透明層と、前記透明層の光入射面と前記複数の受光部との間に設けられた複数の分光部と、前記複数の分光部よりも前記複数の受光部側に設けられた複数の高屈折率透明体とを備え、前記複数の高屈折率透明体は、前記透明層よりも屈折率が高い。
【００１８】
例えば、前記分光部の形状は、前記受光面と平行な方向の長さよりも、垂直な方向の長さの方が長く、前記高屈折率透明体の形状は、前記受光面と垂直な方向の長さよりも、平行な方向の長さの方が長い。
【００１９】
例えば、前記分光部は、前記複数の受光部の１つおきに配置されており、前記高屈折率透明体は、前記複数の受光部のそれぞれに対して配置されている。
【００２０】
例えば、前記分光部および前記高屈折率透明体は、前記複数の受光部のそれぞれに対して配置されている。
【００２１】
例えば、前記受光部同士の境界部分には、遮光部が設けられている。
【００２２】
例えば、前記高屈折率透明体は、前記複数の受光部の受光面のうち、前記遮光部が設けられていない面の上部に配置されている。
【００２３】
例えば、前記透明層の前記光入射面側にはオンチップレンズが設けられている。
【００２４】
例えば、前記高屈折率透明体のうちの前記受光面と平行な方向の面は、方形または円形である。
【００２５】
例えば、前記複数の分光部と前記複数の高屈折率透明体とは、前記受光面に対する正射影が互いに重ならない。
【００２６】
例えば、前記透明層および１つの前記分光部を光が通過することで分離された＋１次回折光と−１次回折光とは、互いに異なる前記受光部に入射し、前記高屈折率透明体は、前記＋１次回折光および前記−１次回折光の回折角が、前記高屈折率透明体を配置しない場合と比較して広がるように配置される。
【００２７】
例えば、前記受光面と垂直な方向において、前記高屈折率透明体は、前記受光面よりも前記分光部に近い位置に配置される。
【００２８】
以下、本発明の実施形態１から４に係る撮像装置を説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図３は、本発明の実施形態１に係る撮像装置１０を示す断面図である。本明細書中において同様の構成要素には同様の参照符号を付し、同じ説明の繰り返しは省略する。なお、この例では、画素セルのサイズを１．４μｍとした。
【００３０】
撮像装置１０は、複数のフォトディテクタ５ａ、５ｂと、フォトディテクタ５ａ、５ｂの受光面１５ａ、１５ｂ側に設けられた透明層２と、透明層２の光入射面２ａとフォトディテクタ５ａ、５ｂとの間に設けられた複数の分光部３と、分光部３よりもフォトディテクタ５ａ、５ｂ側に設けられた複数の高屈折率透明体６とを備える。フォトディテクタ同士の境界部分には遮光部４が設けられている。
【００３１】
フォトディテクタ５ａ、５ｂは、１次元または２次元的に配置され、光を受光して光量に応じた電気信号を出力する受光部として機能する。透明層２は、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの可視光領域において透明な層である。分光部３は、透明層２に覆われている。遮光部４は、フォトディテクタの開口率が４０％となるように設定されている。
【００３２】
分光部３は、複数のフォトディテクタ５ａ、５ｂの１つおきに配置されている。すなわち、分光部３は２画素間隔で配置されている。高屈折率透明体６は、複数のフォトディテクタ５ａ、５ｂのそれぞれに対して配置されている。
【００３３】
分光部３の形状は、受光面１５ａ、１５ｂと平行な方向の長さよりも、垂直な方向（光軸方向）の長さの方が長い。高屈折率透明体６の形状は、受光面１５ａ、１５ｂと垂直な方向（光軸方向）の長さよりも、平行な方向の長さの方が長い。
【００３４】
板状の高屈折率透明体（以下、高屈体と呼ぶ）６は、透明層２に覆われており、可視光域において透明である。高屈体６は、透明層２よりも屈折率が高い。また、高屈体６は、複数のフォトディテクタ５ａ、５ｂの受光面のうち、遮光部４が設けられていない面の上部に配置されている。つまり、光軸方向から見たときに、高屈体６のそれぞれは、遮光部４が設けられていない面と大部分が重なるように配置されている。
【００３５】
透明層２の屈折率は１．４６とし、分光部３の下端からフォトディテクタ５ａ、５ｂまでの厚さは３．０μｍとした。撮像装置１０に入射する光の入射角が０度（光入射面２ａに垂直）のとき、高屈体６の構造中心は開口の中心軸上に配置されることが好ましい。
【００３６】
図４は、高屈体６の屈折率を２．００とし、高さＴ（図５）は０．２μｍとし、幅ｗ（図５）は１．０μｍとし、フォトディテクタの表面と高屈体６の下面の距離を０．４μｍとしたときのフォトディテクタ５ａ、５ｂの表面に入射する光の光学特性を示す。高屈体６を配置することで、各フォトディテクタ５ａ、５ｂにおける光透過率が上昇していることが分かる。
【００３７】
高屈体６を配置することで透過率が上昇する理由について以下に説明する。
【００３８】
電界Ｅの中に置かれた非磁性物質内の電束密度Ｄは、
Ｄ＝ε０×Ｅ＋Ｐ
と表される。ここで、ε０は真空中の誘電率を示す。また、分極Ｐと電界Ｅが線形関係で表せるとき、電束密度Ｄは、比誘電率εと真空誘電率ε０を用いて
Ｄ＝ε×ε０×Ｅ
ε≡１＋χ
と表すことができる。ここで、χは電気感受率を示す。
従って、
Ｐ＝ε０×χ×Ｅ
と記述できる。一方で、比誘電率と屈折率ｎは
ε＝ｎ２
の関係がある。従って、屈折率が大きいことは分極Ｐが大きいことを意味する。分極は光を誘起するという物理的意味を有することから、屈折率ｎが大きい領域に光が集中することになる。
【００３９】
図５に本実施形態の高屈体６の立体形状を示す。平面形状と断面形状は、方形形状としている。このようにすることで、半導体プロセスにおいて複雑な工程を含めなくて済む。
【００４０】
図６に高屈体６の製造方法を示す。図６（ａ）に示すように、透明層２上に高屈層６ａを堆積し、その上にフォトレジスト７ａを堆積する。次に、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィによってレジストパターン７ｂを形成する。さらに図６（ｃ）に示すように、下地の高屈層６ａをレジストパターン７ｂと同時エッチングし、残存したレジストパターン７ｂをアッシング等により除去することで、透明層２上に高屈体６が形成される。最後に図６（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法等を用いて透明層２を堆積することにより、透明層２に埋め込まれた高屈体６を形成することができる。
【００４１】
なお、従来の撮像装置における集光デバイスとして、特許文献２に示されるような層内レンズが挙げられる。これは断面形状が球面または非球面であり、レンズ効果によって光の集光性を高めることができる。したがって、特許文献２では、層内レンズの断面を球面または非球面となるように最適化することが重要である。このようなレンズ効果を利用したデバイスに対し、本実施形態は周囲との屈折率差のみを利用して集光させる点で異なる。また、本実施形態では断面形状をレンズ形状にする必要が無い。そのため、層内レンズの作製プロセスに含まれるフォトレジストのリフロー工程を削減する等、プロセスの簡易化を図ることができる。
【００４２】
また、従来の撮像装置における集光デバイスとして、特許文献３に示される光導波路が挙げられる。これは、画素領域内における配線層の間を高屈折率材料で埋め込むことで、光導波路を形成している。光導波路は屈折率が高いコア部と、コア部に対して屈折率が低いクラッド部から構成され、入射した斜めの光が光導波路の壁面に衝突しても、全反射によってフォトディテクタの開口領域に効率よく入射させることができる。したがって、光導波路の光軸方向の長さは長いほど好ましい。一方で、本実施形態では、光軸方向の長さが幅よりも小さいことが光導波路と異なる。なぜなら、本実施形態は全反射を利用するわけではなく、周囲との屈折率差による光の集光性を利用する。したがって、光軸方向に長くする必要は無く、むしろフォトディテクタと平行な方向に長いほど好ましい。
【００４３】
なお、高屈体６の材料として窒化ケイ素（ＳｉＮ）や、酸化タンタルや酸化チタンなどの透明酸化物を用いてもよい。また、高屈体６の平面形状は方形形状に限らず、円形または楕円形状であってもよい。
【００４４】
また、高屈体６の光軸位置は、フォトディテクタ５ａ、５ｂの表面に光が集光されるように配置されることが好ましい。
【００４５】
なお、本実施形態の撮像装置１０は、ＣＣＤ撮像装置であってもよいし、ＣＭＯＳ撮像装置であってもよい。いずれの場合においても、分光部３からの光や、撮像装置１０に入射して直接フォトディテクタに入射する光が、効率よく入射するような大開口の撮像装置が好ましい。
【００４６】
本実施形態では、全ての画素に高屈体６を配置したが、必ずしも全画素に配置する必要はない。任意の画素に配置させても、その画素におけるフォトディテクタに入射する光量を増加させることができる。
【００４７】
本実施形態では高屈体６の効果を示すために、隣接画素に同じ色の回折光を生じる板状の分光要素を用いたが、国際公開第２０１０／０１６１９５号パンフレットに示すような、段差を有する板状の高屈折率透明材料と組み合わせてもよい。
【００４８】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る撮像装置１１を示す断面図である。実施形態１の撮像装置１０と比較して、撮像装置１１では、全画素のそれぞれに分光部３または７が含まれている。本実施形態２において、高屈体６の構造中心と画素の中心とは同一直線状にあることが好ましい。
【００４９】
分光部３は、フォトディテクタ５ａを含む画素に配置され、図のｘ方向へ２画素間隔で配置されている。分光特性は実施形態１における分光部３と同じである。また、別の分光部７はフォトディテクタ５ｂを含む画素に配置され、図のｘ方向へ２画素間隔で配置されている。つまり、全画素のそれぞれに分光部３または７が含まれるように、分光部３と分光部７は交互に配置されている。分光部７は、入射した白色光から青色の光Ｂを±１次光として分離し、０次光には白色から青色を除いた黄色の光Ｙが生じる。このような分光部の配列とすることで、分光部３を含む画素のフォトディテクタ５ａにはシアンと青色の光が入射し、分光部７を含む画素のフォトディテクタ５ｂには黄色と赤色の光が入射する。
【００５０】
図９に、高屈体を適用しない場合において、撮像装置１１内に遮光部４が有る場合と無い場合とにおける、フォトディテクタ５ａと５ｂに入射する光学特性を示す。遮光部が無い場合、フォトディテクタ５ａにはシアン色の光と青色の光が入射するため、４００ｎｍから５００ｎｍにおける透過率が６００ｎｍから７００ｎｍにおける透過率よりも顕著に大きくなっている。また、フォトディテクタ５ｂには黄色の光と赤色の光が入射するため、６００ｎｍから７００ｎｍにおける透過率が４００ｎｍから５００ｎｍにおける透過率よりも顕著に大きくなっている。
【００５１】
しかし、遮光部４によって開口率が４０％となることで、各フォトディテクタ上における光透過率が大きく低下している。
【００５２】
図８は、本実施形態２において高屈体６を配置した場合と無い場合とにおけるフォトディテクタ５ａ、５ｂに入射する光の光学特性を示す。高屈体６を配置することで、より多くの回折光をフォトディテクタ５ａ、５ｂに集光させ、入射光量が増加した。
【００５３】
なお、本実施形態２において、高屈体６の立体形状は図５と同じとしたが、その平面形状は円形または楕円形であってもよい。
【００５４】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３に係る撮像装置１２を示す断面図である。なお、この例では、画素セルのサイズは１．４μｍとしている。この撮像装置１２には、光入射面２ａ側にオンチップレンズ８が設けられていることが、実施形態１の撮像装置１０と異なる。
【００５５】
図１１は、オンチップレンズの曲率半径を変化させたときの、フォトディテクタ５ｂに入射する光の光学特性を示す。オンチップレンズを適用することで特に波長４００ｎｍから５５０ｎｍまでの透過率が上昇するが、１．３０μｍよりも曲率半径が小さくなることで波長６００ｎｍから７００ｎｍにおける透過率よりも波長４００ｎｍから５５０ｎｍまでの透過率が同等またはそれ以上まで上昇し、フォトディテクタ５ｂに入射する光の色が変化する。また、曲率半径が０．８０μｍにおける透過率が曲率半径０．９５μｍにおける透過率よりも各波長において小さいことから、これ以上オンチップレンズの曲率半径を小さくしてもフォトディテクタ５ｂには効率良く光が入射しないことが伺える。ここでは、オンチップレンズを適用してもフォトディテクタ５ｂに入射する光の色が赤色となる曲率半径として、２．４６μｍを適用した。
【００５６】
しかしながら、曲率半径２．４６μｍのオンチップレンズを適用しても、フォトディテクタ５ｂに入射する光の透過率は１００％を超えない。これは、入射した白色光がフォトディテクタ５ｂ上で効率よく集光していないことと、隣接画素から入射する赤色の回折光が制限された開口によりケラレていることとが考えられる。尚、入射した白色光がフォトディテクタ５ｂに効率よく集光されない理由として、周期的に配列するオンチップレンズを光が通過することで光の回折現象が生じ、その回折光が配線等によってケラレていることが考えられる。以上の結果を鑑み、フォトディテクタ５ｂの上方に高屈層を適用することで、高屈層周囲の光を集光し、効率よくフォトディテクタ５ｂへ光を入射させることを考案した。
【００５７】
図１２は、実施形態１と同じ形状の高屈体６を設置したときのフォトディテクタ５ａ、５ｂに入射する光のスペクトルを示す。フォトディテクタ５ｂで検出される光の透過率が各波長において上昇していることが分かる。これは、高屈体６により高屈体６周辺の光が画素の中央部に集光され、より効率よくフォトディテクタ５ｂに入射していると考える。このように、高屈体６を配置して該高屈体６の周囲からより多くの光を集光することで、オンチップレンズのみでは限られた開口領域に入射することができない光についても集光し、光の利用効率を高めることが可能となる。
【００５８】
本実施形態ではオンチップレンズとしてリフローレンズを適用したが、同じような集光効果をもたらすデジタルマイクロレンズを適用してもよい。
【００５９】
（実施形態４）
図１３は、本発明の実施形態４に係る撮像装置１３を示す断面図である。この例では、分光部３から受光面に下ろした正射影と、高屈体６から受光面に下ろした正射影とは、互いに重ならない。また、光軸方向において、高屈体６は、受光面よりも分光部３に近い位置に配置される。図１４に示す例では、高屈体６は分光部３の下端付近に配置されている。このような配置とすることで、高屈体６を配置しない場合や、高屈体６を受光面に近い位置に配置した場合と比較して、分光部３から生じる±１次回折光の回折角を大きくすることができる。
【００６０】
以下、本実施形態の撮像装置１３をより詳細に説明する。入射した赤色の光Ｒを±１次光に分離する分光部３と、高屈体６と、フォトディテクタ５ａ、５ｂ、５ｃが図１４のように配置されている。図１４において、高屈体６の配置による±１次回折光の回折角の広がりを分りやすくするため、高屈体６は、フォトディテクタ５ｃの上方のみに配置し、フォトディテクタ５ａの上方には配置していない。なお、高屈体６の形状は実施形態１と同じである。
【００６１】
図１５は、図１４に示す構造において、エアリーディスク径２．２μｍの赤色の光が分光部３に入射したときの、光の断面強度分布を示す。なお、表示が濃いほど光の強度が大きいことを示す。赤色の光が分光部３を通過することで回折光Ｒ１、Ｒ２となって分離する。高屈体６が配置された側へ分離される回折光Ｒ２の回折角が、高屈体６が配置されない側へ分離される回折光Ｒ１の回折角より大きくなっている様子がわかる。
【００６２】
図１６は、図１４のフォトディテクタの受光面１５ａ、１５ｂ、１５ｃにおける光の強度分布を示す。なお、フォトディテクタの境界を実線で示している。回折光Ｒ１と回折光Ｒ２とは互いに異なるフォトディテクタに入射する。回折光Ｒ１がフォトディテクタ１５ａおよび１５ｂに跨って入射しているのに対し、回折光Ｒ２はフォトディテクタ１５ｃに集中的に入射していることが分かる。高屈体６を配置することによって、回折光Ｒ２の回折角を大きくし、所望のフォトディテクタに入射させることが可能となる。一方、高屈体６を配置しない場合の回折光Ｒ１を、フォトディテクタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの間隔を図１６のものと同じにしたまま、フォトディテクタ１５ａに集中的に入射させるには、分光部３とフォトディテクタの間の厚さをさらに厚くする必要がある。しかし、回折光Ｒ１側にも高屈体６を配置することによって、回折光Ｒ１の回折角を大きくし、所望のフォトディテクタに入射させることが可能となる。このように、高屈体６を配置しない場合と比較して、回折光Ｒ１およびＲ１の回折角が広がるように高屈体６を配置することによって、撮像素子の薄膜化が可能となる。
【００６３】
図１７は、図１４の高屈体６を、第１の実施形態を示す図３と同じように、フォトディテクタ表面から上部へ０．４μｍの位置に配置したときの断面図である。図１４の場合と比較して、光軸方向において高屈体６を受光面に近い位置に配置している。分光部３および高屈体６の形状は図１４と同じである。図１８は、図１７の構造において、エアリーディスク径２．２μｍの赤色の光が分光部３に入射したときの、光の断面強度分布を示す。赤色の光が分光部３を通過することで回折光Ｒ１およびＲ２となって分離しているが、どちらも回折角はよく似ていることがわかる。図１９は、図１７のフォトディテクタの受光面１５ａ、１５ｂ、１５ｃにおける光の強度分布を示す。回折光Ｒ２がフォトディテクタ１５ｂ、１５ｃに跨って入射している様子が分かる。まとめると、図１４に示すように、光軸方向において高屈体６を受光面よりも分光部３に近い位置（例えば、分光部３の下端付近）に配置することで、±１次回折光の回折角を広げる効果がある。これにより、所定間隔で配置されたフォトディテクタと、分光部との間隔を狭めることができ、撮像素子の厚さを小さくすることができる。
【００６４】
また、図１４において、高屈体６と分光部３との平面間の距離９は、大きいほど回折角を広げる効果は小さくなり、距離が小さいほど回折角を広げる効果は大きくなる。
【００６５】
なお、上述の実施形態１から４の説明では、高屈体６の断面形状を長方形としたが、高屈体６の形成加工によって形状変化（断面形状が台形となったり、角が丸くなったりする等）しても、屈折率が周囲よりも高いのであれば本発明の効果は得られる。
【００６６】
また、本発明の撮像装置は、ＣＭＯＳ型の撮像素子やＣＣＤ型の撮像素子のどちらに適用してもよい。また、本発明の撮像装置は、配線がＳｉ内部に埋め込まれた裏面照射型の撮像素子や、有機光電変換膜を用いた撮像素子に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の一態様に係る撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルムービーカメラ、撮像センサ等の撮像素子を用いる技術分野において特に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１、１０、１１、１２  撮像装置
２  透明層
２ａ  光入射面
３  分光部
４  遮光部
５ａ、５ｂ  フォトディテクタ
６  高屈折率透明体
６ａ  高屈層
８  オンチップレンズ
１５ａ、１５ｂ  受光面
【図１】
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【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】
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【図１１】
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【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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