(57)【要約】【課題】低価格で高品位な画像を提供することを課題とする。【解決手段】固体撮像装置は、入射光１１８、１１９を光電変換する光電変換領域１０２を有する複数の画素を配列してなる。複数の画素は、第１の画素（例えばＲ画素１２１）と、該第１の画素に隣接する第２の画素（例えばＧ画素１２０）と、第１の画素及び第２の画素に隣接する第３の画素（例えばＢ画素）とを含む。Ｒ画素１２１は、入射光１１９の光束の赤色成分を透過し緑色成分及び青色成分を含む光をＧ画素１２０に導く干渉フィルター層１１５Ｒ（案内部）を有する。Ｇ画素１２０は、入射光１１８の光束の緑色成分を透過し青色成分及び赤色成分を含む光を干渉フィルター層１１５Ｇ（案内部）を有する。Ｒ画素１２１に入射された入射光の緑色成分及び青色成分を含む光を干渉フィルター層１１５Ｒを介してＧ画素１２０に導くと共に、Ｇ画素１２０に導かれた光の青色成分を含む光を干渉フィルター層１１５Ｇを介してＢ画素に導く。【選択図】　図２
2004128201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる固体撮像装置において、
該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、少なくとも該第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、
該第１の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第２の画素に導く案内部を有し、
該第２の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第３の画素に導く案内部を有し、
該第１の画素に入射された入射光の光束の少なくとも一部を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光束の少なくとも一部をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置において、
該第１の画素と該第３の画素は、互いに隣接してなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像装置において、
該第１の画素、該第２の画素、及び該第３の画素は、Ｂ画素、Ｇ画素、及びＲ画素の組み合わせの１つであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
該第１の画素及び該第２の画素に配置された該案内部は、該光束の少なくとも一部を反射する面を有し、該面は、中央領域からその周辺領域へ傾斜を持った形状を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像装置において、
該案内部の該面は、角すい状の形状を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、
該案内部は、所定波長領域の光を反射することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる固体撮像装置において、
該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、該第１の画素及び第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、
該第１の画素は、該入射光の光束の内の第１の波長領域を含む光を該第２の画素に導く案内部を有し、
該第２の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第３の画素に導く案内部を有し、
該第１の画素に入射された入射光の光束の内の該第１の波長領域を含む光を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光の内の少なくとも一部をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の画素は、入射光束の少なくとも一部を第１の方向に隣接した画素に導く画素と、該第１の方向とは異なる第２の方向に隣接した画素に導く画素とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる固体撮像装置において、
該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、該第１の画素及び第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、
該第１の画素は、該入射光の光束の内の第１の波長領域（以下、λ１）の光を透過し第２の波長領域（以下、λ２）及び第３の波長領域（以下、λ３）を含む光を該第２の画素に導く案内部を有し、
該第２の画素は、該入射光の光束の内の該λ２の光を透過し該λ１及び該λ３を含む光を該第３の画素に導く案内部を有し、
該第１の画素に入射された入射光の光束の内の該λ２及び該λ３を含む光を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光の内の該λ３を含む光をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
該複数の画素は、光電変換部を有し、
該第１の画素及び該第２の画素に配置された案内部は、該光電変換部の入射側に配置されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の固体撮像装置において、
該案内部は、干渉フィルターで構成されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の固体撮像装置において、
該複数の画素は、該光電変換部の入射側にカラーフィルターを有し、
該干渉フィルターは、該カラーフィルターの入射側に配置されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置の該複数の光電変換領域からの信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換回路と、該アナログ・ディジタル変換回路からの信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路で処理された信号を記憶する記憶回路とを有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を撮像する固体撮像装置及び撮像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー画像の形成においては、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の原色フィルターの何れかを備えた画素をモザイク状に配列した単一の撮像素子で物体像を捉え、その後の信号処理で画素数に相当する輝度情報と色情報を作り出す撮像技術が広く用いられている。多くの場合、ここで用いられる撮像素子のカラーフィルター配列の多くはベイヤー配列である。
【０００３】
これによれば、色分解用のビームスプリッターを用いて物体像を予めＲＧＢに分離し、それぞれに撮像素子を用意して像を捉える３板式の撮像方法に比べて、画像の品位をそれほど落とさずに大幅なコストの削減を実現することが出来る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例の技術には、次のような問題点があった。
【０００５】
すなわち、カラー撮像素子の各画素では入射する光束のうち所定の光学フィルターを透過した光のみを光電変換し、電気信号として出力するので、その光学フィルターを透過できなかった光は熱などとして捨てられるという本質的な効率上の問題点がある。
【０００６】
図２６は、撮像素子上に配列された光電変換領域９０１を示す。この光電変換領域９０１の１つ１つには、図２７に示すようにその開口面積を拡大するためのマイクロレンズ９０２が設けられている。図２８は、このマイクロレンズ９０２の斜視図である。このようにマイクロレンズ９０２は正のパワーを有するレンズであって、そのレンズが受光した光束を撮像素子の光電変換領域９０１に収斂させる働きを持つ。
【０００７】
例えば、色再現性が良いとされる原色フィルター付きの画素を図２９に示すようにモザイク状に配置した、いわゆるベイヤー配列の撮像素子では、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の各光学フィルターが、マイクロレンズ９０２と光電変換領域９０１の間に一つずつ配置される。
【０００８】
このとき、Ｒの光学フィルターを配した画素では赤色光のみが光電変換され青色光や緑色光は光学フィルターで吸収されて熱となる。Ｇの光学フィルターを配した画素では同様に青色光と赤色光が光電変換されずに熱となり、Ｂの光学フィルターを配した画素では同様に緑色光と赤色光が光電変換されずに熱となる。
【０００９】
図３０は、撮像素子内のＲＧＢのカラーフィルターの分光透過率特性である。赤外線の透過率が高いので、さらに６５０ｎｍ以上の波長を遮断する赤外線カットフィルターが重ねて用いられる。この図から分かるように、１画素の中では可視光の内のおよそ１／３だけが有効に用いられる。
【００１０】
ここでは原色フィルターを例に挙げて説明したが、原色系・補色系のいずれにしても従来型の単板式撮像素子ではカラーフィルターで撮像面を分割していることが起因して光利用効率は悪い。つまり、撮像素子表面に達した光が十分に利用されておらず、感度の向上が十分に達成されているとは言い難かった。
【００１１】
これに対して、特開２００１−３０９３９５号公報は、このような光量の無駄を省いた撮像素子の構造を開示している。これによれば、撮像素子の表面に入射した光を分光して複数の受光部に分配照射するための分光プリズムを備え、撮像素子の表面に入射した光を効率よく捉えることができる。しかしながら、この撮像素子の場合には、空間画素に対して色画素は１／３程度の大きさしかなく、小さい画素ピッチのセンサを作ろうとすると、色画素には極めて微細な構造が必要であって、画素ピッチを小さくするには限界があるという大きな問題点を有する。
【００１２】
一方、一般に良好な画像特性を得るための撮像プロセスは、物体像を光学装置によって形成する第１のプロセス、物体像の空間周波数特性の高周波成分を抑制するように調節する第２のプロセス、空間周波数特性が調節された物体像を光電変換する第３のプロセス、得られた電気信号に対して空間周波数に応じてレスポンスを補正する第４のプロセスよりなる。
【００１３】
この際、有限の画素数の撮像素子で光学像のサンプリングを行うわけであるから、良質な画像出力を得るためには、第２のプロセスにおいて標本化定理に従って光学像の空間周波数特性に撮像素子固有のナイキスト周波数以上の成分を少なくする必要がある。ナイキスト周波数とは画素ピッチで決まるサンプリング周波数の１／２の周波数である。したがって、最適化された一連のプロセスは、サンプリングされる光学像を撮像素子固有のナイキスト周波数に応じた特性の光学像に調節することで、折り返し歪みが目立たない、すなわちモワレの目立たない良質な画像を得るものである。
【００１４】
画像の空間周波数伝達特性であるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）はデジタルスティルカメラやビデオカメラなどの鮮鋭度に関する特性をよく表現できる評価量である。このＭＴＦに影響を与える具体的要素は、光学装置である結像光学系、物体像の帯域制限のための光学ローパスフィルター、撮像素子の開口形状、デジタルアパーチャ補正等であり、最終の画像特性を表す全体のＭＴＦは各要素のＭＴＦの積として与えられる。すなわち、上記の第１のプロセスから第４のプロセスまでのＭＴＦをそれぞれ求め、その積を計算すればよい。
【００１５】
ただし、第４のプロセスであるデジタルフィルター処理は、撮像素子によって既にサンプリングされた画像出力に対して行われるので、ナイキスト周波数を超える高周波について考慮する必要はない。
【００１６】
したがって、光学像の空間周波数特性に撮像素子固有のナイキスト周波数以上の成分を少なくする構成とは、第４のプロセスを除き、第１のプロセスのＭＴＦ、第２のプロセスのＭＴＦおよび第３のプロセスのＭＴＦの積においてナイキスト周波数以上の成分が小さいということである。ここで、デジタルスティルカメラのように静止画の鑑賞を前提とする場合、ナイキスト周波数を超える高周波がゼロではなく、多少残っていても、ナイキスト周波数をやや下回る周波数におけるレスポンスが高い方が、解像感のある画像となりやすいことを考慮する必要がある。
【００１７】
第１のプロセスである結像光学系による物体像の形成において、一般に画面の中央は周辺に比べて光学収差を補正しやすい。画面の周辺で良好な画像を得ようとすると、画面の中央では結像レンズのＦナンバー（レンズ系の口径比の逆数）で決定される回折限界ＭＴＦに近い極めて良好な特性を得る必要がある。近年、撮像素子の小ピクセル化が進んでおり、この必要性はますます高まっている。したがって、結像光学系については無収差の理想レンズと仮定してＭＴＦを考えると良い。
【００１８】
また、幅ｄの受光開口が隙間なく敷きつめられた撮像素子においては、受光開口の幅が画素ピッチと一致するので、ナイキスト周波数ｕ（ｕ＝１／２ｄ）での第３のプロセスのレスポンス値はかなり高い。この理由から、ナイキスト周波数付近の総合ＭＴＦを下げるために第２のプロセスにおいてナイキスト周波数付近をトラップするのが一般的な撮像の手法である。
【００１９】
第２のプロセスにおいては、通常、光学ローパスフィルターが用いられる。光学ローパスフィルターには水晶やニオブ酸リチウム等の複屈折特性を有する物質を利用する。また、特開２０００−０６６１４１号公報に記載されているような位相型の回折格子を利用しても良い。
【００２０】
光学装置の光路中に複屈折板を介在させ、その光学軸を結像面の水平方向と並行するように傾けて配置すると、常光線による物体像と異常光線による物体像は所定量だけ水平方向にずれる。複屈折板によって特定の空間周波数をトラップするということは、その空間周波数の縞の明部と暗部とが重なるようにずらすということである。光学ローパスフィルターによるＭＴＦは、式（１）で表される。
【００２１】
Ｒ２（ｕ）＝│ＣＯＳ　（π・ｕ・ω）│　・・・（１）
Ｒ２（ｕ）：レスポンス
ｕ：光学像の空間周波数
ω：物体像分離幅
【００２２】
複屈折版の厚さを適当に選択すれば、撮像素子のナイキスト周波数においてレスポンスをゼロとすることが可能である。回折格子を利用する場合には、回折によって光学像を所定の位置関係の複数の像に分離し重畳させることで、同様の効果を得ることが出来る。
【００２３】
しかしながら、複屈折板を作製するには水晶やニオブ酸リチウムなどの結晶を成長させてから薄く研磨する必要があって、極めて高価になるという問題点がある。また、回折格子にしても高度に精密な微細構造が求められるため、やはり高価であることに変わりはない。
【００２４】
特開２００１−０７８２１３号公報には複眼レンズを用いることで、単板式の撮像系でありながら、画素ピッチよりも実効的な受光開口を大きくしてナイキスト周波数以上の画素のＭＴＦを抑制する技術が開示されている。しかしながら、複眼であることに起因する物体距離依存の像位置のシフトがあって、基準の物体距離以外では物体像のサンプリングピッチが不等間隔になってしまう、すなわちレジストレーションずれが生じるといった問題点がある。したがって、どんな物体条件であっても所定の画像性能が得られるというわけではない。
【００２５】
また、実質的な画素開口の位置をシフトする技術が特開平１１−２１５５１４号公報に開示されている。特開平１１−２１５５１４号公報の技術は、分光ミラーアレイを用いて、ＧとＲ、および、ＧとＢの空間的なサンプリング位置をそろえ、偽色を抑制するものである。撮像素子上の同じ位置に入射する光について２つの色成分を検出するために、演算処理による補間で色信号を作り出す必要がなく、偽色の発生を抑えることができる。しかしながら、実質的な画素開口を動かすために、その大きさはむしろ小さくなっており、サンプリングピッチに対する実質的な画素開口の大きさが小さくなって、輝度モアレが大きく発生することになる。結局、光学ローパスフィルターなしでは品位の高い画像を得ることはできない。
【００２６】
さらには、特公平０１−０１４７４９号公報（同公報の第５図）に開示されているように、画素の光電変換領域を隣接する画素との関係として入り組んだ形状とすることで、高い空間周波数に対するレスポンスを抑制する試みも為されている。しかし、画素の形状が複雑になるため、極めて微細な構造が必要であるとか、各画素が平面を分割していることから、画素に投影される物体像がその分割線に沿った、例えば、斜めの線を持っていた場合には効果が出にくい、といった弱点がある。
【００２７】
本発明は、上記先行技術の問題に鑑み、その特性を改善したものであって、入射光の利用効率を一層高めた撮像素子を実現することを第１の目的とする。また、本発明は、高価な光学ローパスフィルターを必要とせずに、十分にモワレの少ない高品位な画像を得る撮像素子を実現することを第２の目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる構成において、該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、少なくとも該第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、該第１の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第２の画素に導く案内部を有し、該第２の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第３の画素に導く案内部を有し、該第１の画素に入射された入射光の光束の少なくとも一部を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光束の少なくとも一部をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする。
【００２９】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該第１の画素と該第３の画素は、互いに隣接してなる。
【００３０】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該第１の画素、該第２の画素、及び該第３の画素は、Ｂ画素、Ｇ画素、及びＲ画素の組み合わせの１つである。
【００３１】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該第１の画素及び該第２の画素に配置された該案内部は、該光束の少なくとも一部を反射する面を有し、該面は、中央領域からその周辺領域へ傾斜を持った形状を含む。
【００３２】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該案内部の該面は、角すい状の形状を含む。
【００３３】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該案内部は、所定波長領域の光を反射するものである。
【００３４】
本発明の別の側面では、入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる固体撮像装置において、該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、該第１の画素及び第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、該第１の画素は、該入射光の光束の内の第１の波長領域を含む光を該第２の画素に導く案内部を有し、該第２の画素は、該入射光の光束の少なくとも一部を該第３の画素に導く案内部を有し、該第１の画素に入射された入射光の光束の内の該第１の波長領域を含む光を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光の内の少なくとも一部をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、前記複数の画素は、入射光束の少なくとも一部を第１の方向に隣接した画素に導く画素と、該第１の方向とは異なる第２の方向に隣接した画素に導く画素とを含む。
【００３６】
本発明のさらに別の側面では、入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる固体撮像装置において、該複数の画素は、第１の画素と、該第１の画素に隣接する第２の画素と、該第１の画素及び第２の画素に隣接する第３の画素とを含み、該第１の画素は、該入射光の光束の内の第１の波長領域（以下、λ１）の光を透過し第２の波長領域（以下、λ２）及び第３の波長領域（以下、λ３）を含む光を該第２の画素に導く案内部を有し、該第２の画素は、該入射光の光束の内の該λ２の光を透過し該λ１及び該λ３を含む光を該第３の画素に導く案内部を有し、該第１の画素に入射された入射光の光束の内の該λ２及び該λ３を含む光を該第１の画素に配置された該案内部を介して該第２の画素に導くと共に、該第２の画素に導かれた該光の内の該λ３を含む光をさらに該第２の画素に配置された該案内部を介して該第３の画素に導くように構成されたことを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該複数の画素は、光電変換部を有し、該第１の画素及び該第２の画素に配置された案内部は、該光電変換部の入射側に配置される。
【００３８】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該案内部は、干渉フィルターで構成される。
【００３９】
本発明に係る固体撮像装置において、例えば、該複数の画素は、該光電変換部の入射側にカラーフィルターを有し、該干渉フィルターは、該カラーフィルターの入射側に配置される。
【００４０】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る撮像システムは、上記いずれかの固体撮像装置と、該固体撮像装置の複数の光電変換領域からの信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換回路と、該アナログ・ディジタル変換回路からの信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路で処理された信号を記憶する記憶回路とを有することを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置及び撮像システムの実施の形態を図１〜図２５に基づいて説明する。
【００４２】
図１は本実施形態に係る固体撮像装置としての撮像素子の断面図、図２は、その撮像素子の拡大断面図を示す。図１、図２では、ベイヤー配列などのように異なる分光感度特性を持つＧ画素とＲ画素とが交互に並んだ画素列に対し、図中の上方から下方に向けて物体光が撮像素子に入射しその光電変換領域に達する様子を表している。ここで、ベイヤー配列では、２×２のＲ画素、Ｇ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素列が１単位となって、２次元状に規則的に配列している。１つの画素の大きさは、概ね１．５μｍから２０μｍである。本発明の第１の画素、第２の画素、第３の画素は、本実施形態の例では、このベイヤー配列のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の組み合わせの１つに相当する。図２に示す例では、例えば第１の画素がＲ画素（又はＢ画素）、第２の画素がＧ画素、第３の画素がＢ画素（又はＲ画素）としているが、その他の組み合わせであってもよい。
【００４３】
図１、図２に示す撮像素子において、１０１はシリコン基板、１０２は光電変換領域（光電変換部）、１０３、１０５、１０７、１１０、１１２は低屈折率物質層、１０４、１０６、１０８はアルミニウムなどの金属配線層、１０９、１１１は高屈折率物質層である。この内、低屈折率物質層１０３、１０５、１０７、１１０、１１２を形成する物質としては、屈折率１．４５である酸化シリコン（ＳｉＯ２）が、高屈折率物質層１０９、１１１を形成する物質としては、屈折率２．０である窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が、何れも可視光の透過率が高く好適である。
【００４４】
高屈折率物質層１１１は、上面と下面を低屈折率物質層１１０と１１２でそれぞれ挟まれ、両側に凸の回転対称な面形状を形成しているので、正のパワーを有するマイクロレンズとして機能し、比較的小さい光電変換領域１０２に物体からの光を集め撮像素子の感度を高める役割を担っている。
【００４５】
１１３Ｇは、有機色素を用いたＧカラーフィルターであり、緑色光を透過し、赤色光と青色光は吸収する。隣接する１１３Ｒも、同じくＲカラーフィルターであって、赤色光を透過し、青色光と緑色光を吸収する。同様に、１１３Ｂ（図１及び図２では不図示）は、Ｂカラーフィルターであり、青色光を透過し、赤色光と緑色光を吸収する。１１４と１１６は、樹脂層である。これらのカラーフィルター層１１３Ｇ、１１３Ｒ、１１３Ｂと樹脂層１１４、１１６は、何れも１．５０程度の屈折率を有する。
【００４６】
１１５Ｇは、光分割を行う干渉フィルター層であり、緑色光を透過し、赤色光と青色光を反射する。隣接する１１５Ｒも、同じく干渉フィルター層であり、赤色光を透過し、青色光と緑色光はを反射する。同様に、１１５Ｂ（図１及び図２では不図示）も、光分割を行う干渉フィルター層であり、青色光を透過し、赤色光と緑色光を反射する。これらの干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂは、図３に示す如く各画素の中央部に頂点を持つ角すいの斜面上に形成されている。
【００４７】
このような特有の形状を持った干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂが、本発明の案内部、すなわち入射光束の少なくとも一部を第１の画素に隣接した第２の画素に導く案内部と、入射光束の少なくとも一部を第２の画素に隣接した第３の画素に導く案内部とを構成している。
【００４８】
この干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂは、以下のような構成をしている。
【００４９】
色分解のために干渉フィルター層を撮像素子内に組み込んだ例は、特公昭６３−２６９５６７号公報や特開平０９−２１９５０５号公報に示されており、誘電体としての高屈折率物質として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を、低屈折率物質として酸化シリコン（ＳｉＯ２）を交互に積層してなる。その他、高屈折率物質として酸化タンタルや酸化ジルコニウムを、低屈折率物質としてフッ化マグネシウムなどを用いることも出来る。
【００５０】
本実施形態では、高屈折率物質として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を、低屈折率物質として酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用い、λ０／４を基本光学厚として（λ０は基準波長）、１１層を積層し、所定の基準波長で約９０％の反射率を得ている。基準波長は、Ｒ画素では６２０ｎｍ、Ｇ画素では５５０ｎｍ、Ｂ画素では４６０ｎｍである。窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）と酸化シリコンの形成は、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や電子ビーム蒸着などの方法を用いて行えば良い。
【００５１】
また、カラーフィルター１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂは、以下のような構成をしている。
【００５２】
カラーフィルター１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂには、ＲＧＢ光の中間の波長成分を遮断する希土類の金属イオンを拡散させてある。これは干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂへの光線の入射角度の変化によって、分割する波長域がシフトするためである。したがって、カラーフィルター１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂを経て光電変換領域１０２に達する波長域は干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂの透過波長域よりも若干狭い透過波長域となる。
【００５３】
希土類の金属イオンとしては、ネオジムイオン、プラセオジムイオン、エルビウムイオン、ホルミウムイオン等の１種または２種以上が挙げられるが、少なくとも、ネオジムイオンを必須イオンとして使用するのが好ましい。なお、これらのイオンとしては、通常３価のイオンが使用される。
【００５４】
なお、画質の品質が上記の場合と比べると劣るが、本発明ではカラーフィルター１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂを設けない構成であってもよい。
【００５５】
不図示の結像レンズにより、マイクロレンズとして機能する高屈折率物質層１１１が並んだ面上に物体像が形成されると、撮像素子の出力としてピントが合った画像となる。
【００５６】
なお、図１では、理解を容易にするために、画素の大きさに対して十分に遠い位置にある結像レンズの瞳中心から出た光線１１７のみを描いてある。瞳の周辺から出た光線は、光線１１７に対して角度を持って撮像素子に入射する。そうすると、それらの光線１１７は、光電変換領域１０２内の周辺部に達し、そこで光電変換されることになる。
【００５７】
さて、図２を用いて、光線の波長毎の挙動について説明する。緑色光を受光する画素１２０へは、不図示の赤外線カットフィルターを通過した物体光１１８が図２中の上方から来て、まず、樹脂層１１６に入射する。次に干渉フィルター層１１５Ｇに入射し、ここでは緑色成分のみが干渉フィルター層１１５Ｇを透過することができて、樹脂層１１４からＧカラーフィルター１１３Ｇに至る。干渉フィルター層１１５Ｇで反射した青色成分と赤色成分は斜め方向に隣接する画素へ導かれるが、図に示す断面では表せないので、その挙動は後述する。
【００５８】
Ｇカラーフィルター１１３Ｇでは、そこに達したのが干渉フィルター層１１５Ｇを透過できた光であるので、そのほとんどが透過し、次の低屈折率物質層１１２を経てマイクロレンズである高屈折率物質層１１１に達する。ここでは収斂作用を受けて、低屈折率物質層１１０へ射出し、さらに高屈折率物質層１０９を通って光電変換領域１０２に入射する。光電変換領域１０２からの出力は、緑色光成分として後述する信号処理回路に入力される。
【００５９】
隣接する画素１２１は、赤色光を受光する画素である。画素１２１へは不図示の赤外線カットフィルターを通過した物体光１１９が図２中の上方から来て、まず、樹脂層１１６に入射する。次に干渉フィルター層１１５Ｒに入射し、ここでは赤色成分のみが干渉フィルター層１１５Ｒを透過することができて、樹脂層１１４からＲカラーフィルター１１３Ｒに至る。この後の赤色光の挙動は先に説明した画素１２０での緑色光と同じである。
【００６０】
干渉フィルター層１１５Ｒで反射した青色光と緑色光は樹脂層１１６と空気との界面に向かって進み、干渉フィルター層１１５Ｒに設定されていた傾斜の作用で、界面への入射角が臨界角以下となるため今度は全反射する。全反射で撮像素子の内部の方向に戻された青色光と緑色光は、干渉フィルター層１１５Ｇに入射する。干渉フィルター層１１５Ｇはもともと緑色光を受光する画素１２０に設けられたフィルターであるので、このうちの緑色光成分は透過し、青色光成分は反射する。反射した青色光は撮像素子の外部へと逃げていくので、ここでは図示していない。
【００６１】
上記のように、干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇと樹脂層１１６とを含む光調整領域では、干渉フィルター層１１５Ｒに入射した緑色光は、干渉フィルター１１５Ｇへ入射し、そして透過するように構成されている。
【００６２】
干渉フィルター層１１５Ｇを透過した物体光１１９の緑色光成分は、樹脂層１１４を経てＧカラーフィルター１１３Ｇに至る。Ｇカラーフィルター１１３Ｇでは、そこに達したのが干渉フィルター層１１５Ｇを透過できた光であるので、そのほとんどは透過でき、次の低屈折率物質層１１２を経て多くはマイクロレンズである高屈折率物質層１１１に達する。
【００６３】
高屈折率物質層１１１内で光線は斜めに進み、低屈折率物質層１１０への射出と前後して金属配線層１０８の側面で反射する。また、高屈折率物質層１１１へ入射するよりも前に金属配線層１０８の側面で反射する光線もある。
【００６４】
隣接する画素１２１から来た光線の角度が倒れているので、高屈折率物質層１０９を通って直接的に光電変換領域１０２に入射することはできず、必ず金属配線層１０６、１０４の側面か高屈折率物質層１０９と低屈折率物質層１０７、１０５、１０３の界面で全反射しながら光電変換領域１０２に達する。光電変換領域１０２では物体光１１８の緑色成分と一緒に光電変換されて、画素１２０の出力として信号処理回路に入力される。
【００６５】
ここでは、Ｇ画素である画素１２０とＲ画素である画素１２１との関係に於いて説明を行ったが、ベイヤー配列のように隣接する画素が同色でない場合であれば、どの画素についても不要な波長成分を隣接する画素に分割することで、隣接する画素では有効な波長成分として光電変換することができ、光の利用効率を大幅に向上させることが可能である。また、一般に受光スペクトルは山形の特性をもっていることから、同色の画素同士であっても、使われなかった光を隣接する画素で再利用することが可能である。
【００６６】
以上が、光の利用効率を向上させるための基本的な構成である。図１、図２の断面で光路を表現できる範囲の説明をまず行ったが、実際には３次元的に光を分割することで、光の利用効率を極めて高いものとしている。
【００６７】
次に、図４〜図１５を用いて、光の分割について詳しく説明する。図５〜図８は、図３に示した干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂを模式的に示した図である。
【００６８】
各画素の干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂは、何れも角錐の斜面上に形成されている。平面的に見たとき、この角錐の頂点と画素の中心は一致する。この角錐には、２種類の形状が基本的に用いられる。一つ目は、図４に示すように各面の法線ベクトルがＸ軸かＹ軸を含む垂直断面内にあるものであり、二つ目は、各面の法線ベクトルがＸＹ平面内でＸ軸とＹ軸に対し４５度の角度を持つ直線を含む垂直断面内にあるものである。ここでは、前者を「Ａタイプ」の干渉フィルター層、後者を「Ｂタイプ」の干渉フィルター層と呼ぶことにする。
【００６９】
なお、図３に詳細に示した干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂでは、光線の反射角を調節するためにＡタイプの干渉フィルター層の各面を僅かに角度が異なる２つの面にさらに分割しているが、理解を容易にするためここではこれらを１つの面としてまとめて扱っている。
【００７０】
Ａタイプの干渉フィルター層とＢタイプの干渉フィルター層は縦方向と横方向に交互に配置され、ベイヤー配列のＲ画素とＢ画素にはＡタイプの干渉フィルター層１１５Ｒ、１１５Ｂが、Ｇ画素にはＢタイプの干渉フィルター層１１５Ｇが適応されている。
【００７１】
これは、比視感度が高く、解像度を決定する輝度信号への寄与率が最も高いＧ画素に対して、周囲の画素から優先的に光を導くためと、２つの画素間で光を交換するだけでなく、３つの画素にまたがって不要な光を順送りできるようにするためである。
【００７２】
こうすることによって、撮像装置の感度アップと高い空間周波数の物体像に対するレスポンスの制限を同時に実現することができる。
【００７３】
図５は、Ｂ画素に注目して、Ｂ画素で使われなかった光が周囲のＧ画素、Ｒ画素に導かれる様子を示す説明図である。
【００７４】
図５において、画素配列をＡとし、そのアドレスを（ｎ、ｍ）で表し、干渉フィルターの面の傾き方向をアドレスとその画素の種類に続けて記した。ｒはＲ画素を、ｇはＧ画素を、ｂはＢ画素を意味し、１８０などの数値は面の傾き方向を角度で表したものである。Ｘ軸の正方向が０、Ｘ軸の負方向が１８０、Ｙ軸の正方向が９０、Ｙ軸の負方向が２７０である。Ａ（ｎ，ｍ）等は画素を、Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０等は画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面を示すものとする。
【００７５】
図５に示すように、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０に入射した光束のうち、青色の波長成分は干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０を透過し、画素Ａ（ｎ，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される。
【００７６】
ここで干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０を透過できなかった光束は、干渉フィルターの性質で反射し、隣接するＧ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５あるいは画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５に達する。ここでＧ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５あるいはＡ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５は、緑色の波長成分を透過させるので、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）から来た光の内の緑色の波長成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５あるいはＡ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される。
【００７７】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５を透過できなかった光束は、干渉フィルターの性質で反射し、さらに、隣接するＲ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０に達する。Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０は赤色成分を透過させるので、画素Ａ（ｎ，ｍ）から来た光の内の赤色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の光電変換領域に達して光電変換される（図５中の矢印ａ１参照）。
【００７８】
一方、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５を透過できなかった光束は、干渉フィルターの性質で反射し、さらに、隣接するＲ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０に達する。Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０は赤色成分を透過させるので、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）から来た光の内の赤色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）の光電変換領域に達して光電変換される（図５中の矢印ａ２参照）。
【００７９】
同様に、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿９０に入射した光は、図５中の矢印ａ３、ａ４で示す如く、
【００８０】
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿９０　　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿０
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿９０　　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿３１５　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿１８０
【００８１】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【００８２】
同様に、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿１８０に入射した光は、図５中の矢印ａ５、ａ６で示す如く、
【００８３】
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿１８０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ）＿ｇ＿３１５　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿９０
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿１８０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ）＿ｇ＿４５　　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０
【００８４】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【００８５】
同様に、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿２７０に入射した光は、図５中の矢印ａ７、ａ８で示す如く、
【００８６】
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿２７０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿４５　　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿１８０
Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿２７０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿１３５　→　Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿０
【００８７】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【００８８】
すなわち、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）のどの干渉フィルター面に入射した光も周囲のＧ画素とＲ画素に振り分けられることになる。
【００８９】
図６は、図５を用いて説明した光束の分割とは逆に、周囲の画素から光が集まってくる様子を説明する為の図である。光は可逆的に進むので、各画素は周囲の画素に光を分けるとともに、周囲の画素から光を貰う。画素Ａ（ｎ，ｍ）に注目して説明を行う。
【００９０】
先ず、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０に入射した光束のうち、赤色成分は干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の光電変換領域に達して光電変換される。
【００９１】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０を透過できなかった光束は、干渉フィルターの性質で反射し、その１／２は隣接するＧ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５に達する。Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５は緑色成分を透過させるので、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）から来た光の緑色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される。
【００９２】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５を透過できなかった光束は、干渉フィルターの性質で反射し、さらに、隣接するＢ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０に達する。Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０は青色成分を透過させるので、ここではＲ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）から来た光の青色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０を透過し、画素Ａ（ｎ，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される（図６中の矢印ｂ１参照）。
【００９３】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿１８０に入射した光は、図６中の矢印ｂ２で示す如く、
【００９４】
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿１８０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿３１５　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿９０
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿１８０　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【００９５】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【００９６】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿０に入射した光は、図６中の矢印ｂ３で示す如く、
【００９７】
Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿９０
Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿０　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【００９８】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【００９９】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０に入射した光は、図６中の矢印ｂ４で示す如く、
【０１００】
Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ）＿ｇ＿４５　　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿１８０
Ａ（ｎ−１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【０１０１】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１０２】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ−１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿９０に入射した光は、図６中の矢印ｂ５で示す如く、
【０１０３】
Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿９０　　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ）＿ｇ＿３１５　→　Ｂ画素Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿１８０
Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿９０　　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【０１０４】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１０５】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ−１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿０に入射した光は、図６中の矢印ｂ６で示す如く、
【０１０６】
Ｒ画素：Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿１３５　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿２７０
Ａ（ｎ−１，ｍ−１）＿ｒ＿０　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【０１０７】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１０８】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿１８０に入射した光は、図６中の矢印ｂ７で示す如く、
【０１０９】
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿１８０　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿４５　　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿２７０
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿１８０　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【０１１０】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１１１】
同様に、Ｒ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０に入射した光は、図６中の矢印ｂ８に矢印で示す如く、
【０１１２】
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０　　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５　→　Ｂ画素：Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０
Ｒ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ−１）＿ｒ＿９０　　→　（Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）に至らないルートへ）
【０１１３】
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１１４】
すなわち、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）の周りに位置するＲ画素からＧ画素を介して青色光成分が画素Ａ（ｎ，ｍ）に集められることになる。
【０１１５】
ここでは、Ｂ画素に注目して説明したが、Ｒ画素についても同様に、Ｒ画素のどの干渉フィルター面に入射した光も周囲のＧ画素とＢ画素に振り分けられ、逆に、Ｒ画素の周りに位置するＢ画素からはＧ画素を介して赤色光成分がＲ画素に集められる。
【０１１６】
図７は、Ｇ画素に注目して、Ｇ画素で使われなかった光が周囲の画素に導かれる様子を示す説明図である。図５、図６での説明と同様に画素配列Ａのアドレス（ｎ、ｍ）を設定している。
【０１１７】
図７において、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５に入射した光束のうち、緑色成分は干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５を透過し、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される。
【０１１８】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５を透過できなかった光束は干渉フィルターの性質で反射し、斜め方向に位置するＧ画素である画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５に達する。Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５は、緑色成分を透過させるので、ここではＧ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）から来た光の緑色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５を透過し、隣接するＧ画素であるＡ（ｎ＋２，ｍ＋１）の光電変換領域に達して光電変換される（図７中の矢印ｃ１参照）。
【０１１９】
画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）と画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）はともにＧ画素であるため、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）で使われず、画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）で使われる光の波長域とは、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５や干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５の透過率が１００％や０％でない波長域である。緑色フィルターの透過率特性は山形であるので、山の傾斜部分の波長域がこれに相当する。
【０１２０】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５を透過できなかった光束は干渉フィルターの性質で反射し、結像レンズ側に逃げていく。
【０１２１】
同様に、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５に入射した光は、図７中の矢印ｃ２で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿３１５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１２２】
同様に、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５に入射した光は、図７中の矢印ｃ３で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿４５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１２３】
同様に、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿３１５に入射した光は、図７中の矢印ｃ４で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿３１５　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ＋２，ｍ−１）＿ｇ＿１３５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１２４】
すなわち、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）のどの干渉フィルター面に入射した光も、画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）で使われなかった光成分が周囲のＧ画素で再利用されることになる。
【０１２５】
図８は、図７を用いて説明した光束の分割とは逆に、周囲の画素から光が集まってくる様子を説明する為の図である。光は可逆的に進むので、各画素は周囲の画素に光を分けるとともに、周囲の画素から光を貰う。画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）に注目して説明を行う。
【０１２６】
Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５に入射した光束のうち、緑色成分は干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５を透過し、画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）の光電変換領域に達して光電変換される。
【０１２７】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５を透過できなかった光束は干渉フィルターの性質で反射し、斜め方向に位置する画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５に達する。干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５は緑色の波長成分を透過させるので、ここでは画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）から来た光の内の緑色成分が干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５を透過し、Ａ（ｎ＋１，ｍ）の光電変換領域に達して光電変換される（図８中の矢印ｄ１参照）。
【０１２８】
上記光束の内、干渉フィルター面Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５を透過できなかった光束は干渉フィルターの性質で反射し、結像レンズ側に逃げていく。
【０１２９】
同様に、画素Ａ（ｎ，ｍ＋１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿３１５に入射した光は、図８中の矢印ｄ２で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ＋１）＿ｇ＿３１５　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿１３５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１３０】
同様に、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿４５に入射した光は、図８中の矢印ｄ３で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ，ｍ−１）＿ｇ＿４５　　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿２２５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１３１】
同様に、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋２，ｍ−１）の干渉フィルター面Ａ（ｎ＋２，ｍ−１）＿ｇ＿１３５に入射した光は、図８中の矢印ｄ４で示す如く、
Ｇ画素：Ａ（ｎ＋２，ｍ−１）＿ｇ＿１３５　→　Ｇ画素：Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿３１５
のように順送りされながら、各画素において有効な波長成分の光が使われていく。
【０１３２】
すなわち、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の周りに位置するＧ画素から緑色光成分が画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）に集められ、再利用されることになる。
【０１３３】
図９は、各画素の干渉フィルター層の具体的な構成を示す平面図である。隣接する画素の干渉フィルター層との間に段差が生じないようにするため、正方形ではなくなっている。各面の法線ベクトルがＸ軸かＹ軸を含む垂直断面内にあるＡタイプと、各面の法線ベクトルがＸＹ平面内でＸ軸とＹ軸に対し４５度の角度を持つ直線を含む垂直断面内にあるＢタイプを示し、Ｒ画素とＢ画素がＡタイプ、Ｇ画素がＢタイプである。
【０１３４】
画素Ａ（ｎ，ｍ）と画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）についてそれぞれの干渉フィルター層を示すと、図１０のようになる。また、図５〜図８に対応させて示せば、図１１のようになる。なお、図１１では、理解を容易にするため、図１で示した干渉フィルター層の符号を記した。模式的に示した図４〜図８では、Ａタイプの干渉フィルター層の各面は１つの面としてまとめて扱ったが、図９、図１０、図１１では僅かに角度が異なる２つの面にさらに分割されていることを表している。これは、先に説明したように、３つの画素間で光を順送りする際、これに適した光線の反射角を調節するためである。
【０１３５】
さて、干渉フィルター層の具体的な構成を用いて、実際の光線の立体的な挙動を説明する。
【０１３６】
図１２（ａ）、（ｂ）は、Ｂ画素である画素Ａ（ｎ，ｍ）からＧ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）、およびＲ画素であるＡ（ｎ＋１，ｍ＋１）への光路の分割の状態を表す平面図と斜視図である。
【０１３７】
不図示の結像レンズから発した光線Ｌ１は、先ず、図１、図２に示した樹脂層１１６から撮像素子の内部に入り、その奥にある画素Ａ（ｎ，ｍ）の干渉フィルター層Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０（１１５Ｂ）に点Ｐ１において入射する。前述のように、青色成分は干渉フィルター層Ａ（ｎ，ｍ）＿ｂ＿０を透過し、その他は反射する。反射光線は次に樹脂層１１６の空気との界面上の点Ｐ２で全反射し、再び撮像素子内部に向けて進む。
【０１３８】
次に、反射光線は画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｂ＿１３５（１１５Ｇ）上の点Ｐ３に入射する。干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｂ＿１３５（１１５Ｇ）で緑色成分が透過し、他は反射する。反射光線は再び樹脂層１１６の空気との界面上の点Ｐ４で全反射し、三度、撮像素子内部に向けて進む。
【０１３９】
反射光線は、今度は画素Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）の干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０（１１５Ｒ）上の点Ｐ５に入射する。干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ＋１）＿ｒ＿２７０（１１５Ｒ）では赤色成分が透過し、他は反射して、反射光線は結像レンズ方向に戻って行く。
【０１４０】
図１３（ａ）、（ｂ）は、Ｇ画素である画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）からＧ画素である画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）、への光路の分割の状態を表す平面図と斜視図である。
【０１４１】
不図示の結像レンズから発した光線Ｌ２は、先ず、図１、図２に示した樹脂層１１６から撮像素子の内部に入り、その奥にある画素Ａ（ｎ＋１，ｍ）の干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５（１１５Ｇ）に点Ｐ６において入射する。前述のように、緑色成分は干渉フィルター層Ａ（ｎ＋１，ｍ）＿ｇ＿４５を透過し、その他は反射する。反射光線は次に樹脂層１１６の空気との界面上の点Ｐ７で全反射し、再び撮像素子内部に向けて進む。
【０１４２】
次に、反射光線は画素Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）の干渉フィルター層Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５（１１５Ｇ）上の点Ｐ８に入射する。干渉フィルター層Ａ（ｎ＋２，ｍ＋１）＿ｇ＿２２５（１１５Ｇ）で緑色成分が透過し、他は反射し、反射光線は結像レンズ方向に戻って行く。
【０１４３】
本実施の形態による撮像素子では、上述した光の効率的な利用により実質的な受光開口が各画素よりも大きくなって、感度が向上する。
【０１４４】
図１４と図１５は、受光開口の説明図である。
【０１４５】
先ず、図１４を使って、Ｂ画素の開口について考える。図において、１３０はＢ画素であるＡ（ｎ，ｍ）の元々の開口、１３１、１３２、１３３、１３４は周囲の画素から光を分割することによって拡大した開口である。開口１３１、１３２、１３３、１３４からの光は何れもＧ画素を経由して画素Ａ（ｎ，ｍ）まで来るので、赤色の波長成分と緑色の波長成分が減じられたものとなっている。緑色の波長成分と青色の波長成分には、一部オーバーラップした波長域がある。したがって、開口面積の拡大率がそのまま感度アップの比率にはならないが、開口１３０に開口１３１、１３２、１３３、１３４を加えた総開口面積は元の開口１３０の２倍で、感度の向上はおよそ１．７倍にもなる。
【０１４６】
Ｒ画素もＢ画素と同じ光路分割構造を持つので、総開口面積は２倍、感度の向上は１．７倍程度と、大幅な感度アップが図れる。
【０１４７】
次に、図１５を使って、Ｇ画素の開口について考える。図において、１４０はＧ画素であるＡ（ｎ＋１，ｍ）の元々の開口１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８は周囲の画素から光を分割することによって拡大した開口である。開口１４１、１４２、１４３、１４４からの光はＲ画素とＢ画素から分割されるものである。緑色成分と赤色成分、および緑色成分と青色成分には一部オーバーラップした波長域がある。したがって、開口面積の拡大率がそのまま感度アップの比率にはならないが、開口１４０に開口１４１、１４２、１４３、１４４を加えた開口面積だけでも元の開口１４０の２倍で、感度の向上はおよそ１．８倍にもなる。さらに、Ｇ画素間で干渉フィルターを透過しなかった光をすることによる開口１４５、１４６、１４７、１４８を加えると、総開口面積は元の開口１４０の３倍、感度の向上はおよそ２．２倍である。
【０１４８】
図１６〜図２４は、感度の向上を説明するための干渉フィルター層の分光透過率特性および分光反射率特性を表す図である。評価すべき波長域は、結像レンズのガラスの透過特性、人間の視感度特性、長波長側をカットする赤外線カットフィルターの特性を考慮すると、４００ｎｍから６５０ｎｍとなる。
【０１４９】
図１６において、横軸は干渉フィルター層へ入射する光の波長λ、縦軸は透過率Ｔである。１５０はＢ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性、１５１はＧ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性、１５２はＲ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を模式化したものである。Ｂ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性１５０は４５０ｎｍにピークを持つ山形、Ｇ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性１５１は５５０ｎｍにピークを持つ山形、Ｒ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性１５２は６００ｎｍから６５０ｎｍにピークを持つ台形形の特性である。互いにオーバーラップさせることにより光の色差を信号出力の差として表現することができる。
【０１５０】
Ｂ画素用干渉フィルター層の波長λと透過率Ｔの関係１５０を、
Ｔ＝ｆＢ（λ）　・・・（２）
Ｇ画素用干渉フィルター層の波長λと透過率Ｔの関係１５１を、
Ｔ＝ｆＧ（λ）　・・・（３）
Ｒ画素用干渉フィルター層の波長λと透過率Ｔの関係１５２を、
Ｔ＝ｆＲ（λ）　・・・（４）
として、以降の説明を行う。
【０１５１】
図１７は、各干渉フィルター層の分光反射率特性を表し、横軸は干渉フィルター層へ入射する光の波長λ、縦軸は反射率Ｒである。１５３はＢ画素用干渉フィルター層の分光反射率特性、１５４はＧ画素用干渉フィルター層の分光反射率特性、１５５はＲ画素用干渉フィルター層の分光反射率特性である。
【０１５２】
Ｂ画素用干渉フィルター層の波長λと反射率Ｒの関係１５３は、干渉フィルターでは吸収がなく反射光と透過光の和が１になることから、
Ｒ＝１−ｆＢ（λ）　・・・（５）
で表すことができる。
【０１５３】
同様に、Ｇ画素用干渉フィルター層の波長λと反射率Ｒの関係１５４は、
Ｒ＝１−ｆＧ（λ）　・・・（６）
で表すことができる。
【０１５４】
同様に、Ｒ画素用干渉フィルター層の波長λと反射率Ｒの関係１５５は、
Ｒ＝１−ｆＲ（λ）　・・・（７）
で表すことができる。
【０１５５】
先に図１２（ａ）、（ｂ）を用いて説明したＢ画素で反射しＧ画素へ入射する光の透過率特性は、Ｂ画素用干渉フィルター層の分光反射率特性とＧ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性の積と考えればよい。
【０１５６】
図１８は、この説明図であって、図における１５６がＢ画素で反射しＧ画素へ入射する光の分光透過率特性である。分光透過率特性１５６は、式（５）と式（３）の積で表され、式（８）となる。
【０１５７】
Ｔ＝（１−ｆＢ（λ））・ｆＧ（λ）　・・・（８）
Ｇ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を表す式（３）を波長λが４００ｎｍから６５０ｎｍの区間で積分した値を１に正規化したとき、式（８）の同区間での積分値は平均透過率の相対比を表し、その値は０．８５である。
【０１５８】
Ｂ画素で反射しＧ画素でも反射した光の分光反射率特性は図１９の１５７で示すようになる。これを式で表せば、式（５）と式（６）の積として、
Ｔ＝（１−ｆＢ（λ））・（１−ｆＧ（λ））　・・・（９）
である。
【０１５９】
図１２（ａ）、（ｂ）に示したとおり、Ｂ画素で反射しＧ画素でも反射した光は、次にＲ画素に導かれる。図２０はこのような光のＲ画素での分光透過率特性である。分光透過率特性１５８は、式（９）にさらに式（４）を掛け、式（１０）として導かれる。
【０１６０】
Ｔ＝（１−ｆＢ（λ））・（１−ｆＧ（λ））・ｆＲ（λ）　・・・（１０）
Ｒ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を表す式（４）を波長λが４００ｎｍから６５０ｎｍの区間で積分した値を１に正規化したとき、式（１０）の同区間での積分値は平均透過率の相対比を表し、その値は０．６７である。
【０１６１】
以上は、Ｂ画素から、Ｇ画素、Ｒ画素へ導かれる光について考えた。次に、Ｒ画素から、Ｇ画素、Ｂ画素に導かれる光について説明する。
【０１６２】
Ｒ画素で反射しＧ画素へ入射する光の分光透過率特性は図２１に示す１５９のようになる。分光透過率特性１５９は、式（７）と式（３）の積で表され、式（１１）となる。
【０１６３】
Ｔ＝（１−ｆＲ（λ））・ｆＧ（λ）　・・・（１１）
Ｇ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を表す式（３）を波長λが４００ｎｍから６５０ｎｍの区間で積分した値を１に正規化したとき、式（１１）の同区間での積分値は平均透過率の相対比を表し、その値は０．７４である。
【０１６４】
Ｒ画素で反射しＧ画素でも反射した光の分光反射率特性は図２２の１６０で示すようになる。これを式で表せば、式（７）と式（６）の積として、
Ｔ＝（１−ｆＲ（λ））・（１−ｆＧ（λ））　・・・（１２）
である。
【０１６５】
さらに、Ｒ画素で反射しＧ画素でも反射した光は、次にＢ画素に導かれる。図２３は、このような光のＢ画素での分光透過率特性である。分光透過率特性１６１は、式（１２）にさらに式（２）を掛け、式（１３）として導かれる。
【０１６６】
Ｔ＝（１−ｆＲ（λ））・（１−ｆＧ（λ））・ｆＢ（λ）　・・・（１３）
Ｂ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を表す式（２）を波長λが４００ｎｍから６５０ｎｍの区間で積分した値を１に正規化したとき、式（１３）の同区間での積分値は平均透過率の相対比を表し、その値は０．８４である。
【０１６７】
図１３（ａ）、（ｂ）を用いて説明したＧ画素から隣のＧ画素に導かれる光については次のようになる。
【０１６８】
Ｇ画素で反射し隣のＧ画素へ入射する光の分光透過率特性は、図２４に示す１６１のようになる。分光透過率特性１６１は、式（６）と式（３）の積で表され、式（１４）となる。
【０１６９】
Ｔ＝（１−ｆＧ（λ））・ｆＧ（λ）　・・・（１４）
Ｇ画素用干渉フィルター層の分光透過率特性を表す式（３）を波長λが４００ｎｍから６５０ｎｍの区間で積分した値を１に正規化したとき、式（１４）の同区間での積分値は平均透過率の相対比を表し、その値は０．４０である。
【０１７０】
ここで、各色の波長域で撮像素子の感度が一定と仮定すると、上述した関数の積分値と図１４、図１５に示した画素開口の面積から、本実施形態の撮像素子の感度向上の程度を知ることができる。
【０１７１】
画素の元々の開口面積を１、透過光量を１とすれば、先ず、Ｂ画素について、
2004128201.tif 000003
【０１７２】
Ｒ画素についても同様に、合計透過光量：１＋（０．２５×０．６７）×４＝１．６７
となる。
【０１７３】
Ｇ画素については、
2004128201.tif 000004
【０１７４】
このようにＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の何れの画素も、１．６７倍から２．２０倍といった大幅な感度アップが図れる。特に、視感度の高いＧ画素で２．２０倍もの感度アップができるため、視覚的にノイズ感の無い画像を得るのに好都合である。
【０１７５】
図１４、図１５に示したように本実施形態の撮像素子は実効的に互いにオーバーラップした受光開口を有する。実質的な受光開口が各画素よりも大きくなると、通常の単板式の撮像装置では考えられなかったＭＴＦ特性を得ることができる。
【０１７６】
ナイキスト周波数は、画素ピッチの２倍の逆数である。一方、画素開口のＭＴＦは画素開口が大きくなるほど低い空間周波数をトラップすることができる。矩形開口で考えれば、画素ピッチの２倍の大きさの開口を持たせると、ナイキスト周波数をトラップすることが可能である。
【０１７７】
輝度信号を生成する際の寄与率が高いＧ画素に注目して、本実施形態の固体撮像装置（撮像素子）について考えてみると、図１５に示したように最も外側にある開口１４５、１４６、１４７、１４８は画素ピッチの２倍の大きさの開口の四隅にあたると言える。ただし、前述のように画素ピッチの２倍の大きさの開口の内部が均一な感度を持っているとは言えないので、正確にナイキスト周波数をトラップすることはできない。しかしながら、ナイキスト周波数付近のレスポンスをかなり落とすことは可能である。
【０１７８】
一般に高周波になるほど単調にレスポンスが低下する結像光学系のＭＴＦと合わせると、物体像を光電変換する第３のプロセスだけでも、実質的に折り返し歪みが目立たない良質な画像を得ることが可能である。すなわち、光学ローパスフィルターを用いず、前述した物体像の空間周波数特性の高周波成分を抑制するように調節する第２のプロセスを省いても、画像の品位を損なわない。
【０１７９】
図２５に基づいて、本実施形態の固体撮像装置（撮像素子）を撮像装置（スチルカメラ）に適用した場合の一実施例について詳述する。
【０１８０】
図２５において、１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、２は被写体の光学像を撮像素子４に結像させるレンズ、３はレンズ２を通った光量を可変するための絞り、４はレンズ２で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、６は撮像素子４より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理回路、８は撮像素子４、撮像信号処理回路５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理回路７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、９は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、１０は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、１１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、１２は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、１３は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。
【０１８１】
次に、前述の構成における撮影時の撮像装置の動作について説明する。バリア１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器６などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部９は絞り３を開放にし、固体撮像素子４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器６で変換された後、信号処理部７に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部９で行う。
【０１８２】
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部９は絞りを制御する。次に、撮像素子４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部９で行う。その後、レンズ２を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ２を駆動し測距を行う。
【０１８３】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、撮像素子４から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換され、信号処理回路７を通り全体制御・演算部９によりメモリ部１０に書き込まれる。
【０１８４】
その後、メモリ部１０に蓄積されたデータは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２に記録される。また、外部Ｉ／Ｆ部１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【０１８５】
以上説明したように、入射光を光電変換する複数の画素を配列してなる撮像装置において、複数の画素に含まれる第１の画素は入射光束の少なくとも一部を該第１の画素に隣接した第２の画素に導く案内部としての干渉フィルター層を有し、該第２の画素は入射光束の少なくとも一部を該第２の画素に隣接した第３の画素に導く案内部としての干渉フィルター層を有し、該第１の画素の干渉フィルター層を介して第２の画素に導かれた光の少なくとも一部がさらに該第２の画素の干渉フィルター層を介して該第３の画素に導かれるように構成したため、入射光の利用効率を高め、撮像素子の感度を上げることができた。この結果、より暗い物体を容易に撮像することが出来るようになった。したがって、高品位な画像を得ることができた。
【０１８６】
この撮像素子をデジタルカメラなどに応用した時には、速いシャッタースピードを選択することが出来るので、手ぶれによる撮影の失敗を減ずることが出来た。
【０１８７】
また、複数の画素を規則的に配列してなる撮像装置において、該規則的配列を構成する１単位のうちの少なくとも二つの画素は、実効的に互いにオーバーラップした受光開口を形成するための光分割手段をそれぞれ有する様に構成したため、高価な光学ローパスフィルターを必要とせずに、低価格でありながらモワレの少ない高品位な画像を得る撮像素子を実現することができた。
【０１８８】
なお、上記実施形態では、本発明の案内部を干渉フィルター層で構成し、この干渉フィルタ層をその角錐形状の違いから図４に示すようにＡタイプ及びＢタイプに区分し、Ａタイプの干渉フィルター層をベイヤー配列のＲ画素、Ｂ画素に、Ｂタイプの干渉フィルター層をベイヤー配列のＧ画素にそれぞれ配置しているが、本発明はこれに限らず、種々の変形実施が可能である。
【０１８９】
例えば、案内部は干渉フィルター層に限らず、これと同様の機能（特定波長成分を透過しその他の波長成分を反射する）を実現可能な光学部材であれば適用可能である。また、案内部である干渉フィルター層の形状は図４に示すＡタイプ、Ｂタイプの２種類の角すい形状に限らず、その他の角すい形状であってもよく、角すい形状以外でも、例えば円すい形状等でも適用可能で、要は中央領域から周辺領域へ傾斜をもつ形状であればよい。さらに、図４の例とは逆に、必要に応じて、Ａタイプの干渉フィルター層をＧ画素に、Ｂタイプの干渉フィルター層をＲ画素、Ｂ画素にそれぞれ割り当てたり、その他の組み合わせを採用してもよい。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、該第１の画素に配置された案内部を介して該第２の画素に導かれた光の少なくとも一部がさらに該第２の画素に配置された案内部を介して該第３の画素に導かれるように構成したため、入射光の利用効率が一層高まり、撮像素子の感度を上げることができ、その結果、より暗い物体を容易に撮像できるようになり、十分にモワレの少ない高品位な画像を得ることが可能となる。また、高価な光学ローパスフィルターを必要とせずに低価格で固体撮像装置及び撮像システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置（撮像素子）を示す断面図である。
【図２】図１の撮像素子の詳細を示す拡大断面図である。
【図３】干渉フィルター層の斜視図である。
【図４】干渉フィルター層の形状のタイプを表す平面図である。
【図５】Ｂ画素を例に隣接するＧ画素、Ｒ画素への光の分割の様子を表す平面図である。
【図６】Ｂ画素を例に隣接する周囲のＧ画素、Ｒ画素から光が集まってくる様子を表す平面図である。
【図７】Ｇ画素を例に隣接するＧ画素への光の分割を表す平面図である。
【図８】Ｇ画素を例に周囲のＧ画素から光が集まってくる様子を表す平面図である。
【図９】干渉フィルター層の形状タイプを表す平面図である。
【図１０】干渉フィルター層の形状を表す平面図である。
【図１１】干渉フィルター層の形状を表す平面図である。
【図１２】（ａ）と（ｂ）は、光路の分割の状態を表す平面図と斜視図である。
【図１３】（ａ）と（ｂ）は、光路の分割の状態を表す平面図と斜視図である。
【図１４】Ｂ画素を例に実効的な受光開口を示す平面図である。
【図１５】Ｇ画素を例に実効的な受光開口を示す平面図である。
【図１６】干渉フィルター層の分光透過率特性を表す図である。
【図１７】干渉フィルター層の分光反射率特性を表す図である。
【図１８】Ｂ画素で反射しＧ画素へ入射する光の分光透過率特性を表す図である。
【図１９】Ｂ画素で反射しＧ画素でも反射した光の分光反射率特性を表す図である。
【図２０】Ｂ画素で反射しＧ画素でも反射しＲ画素に入射する光の分光透過率特性を表す図である。
【図２１】Ｒ画素で反射しＧ画素へ入射する光の分光透過率特性を表す図である。
【図２２】Ｒ画素で反射しＧ画素でも反射した光の分光反射率特性を表す図である。
【図２３】Ｒ画素で反射しＧ画素でも反射しＢ画素に入射する光の分光透過率特性を表す図である。
【図２４】Ｇ画素で反射し隣のＧ画素へ入射する光の分光透過率特性を表す図である。
【図２５】撮像素子を撮像装置（スチルカメラ）に適用したブロック図である。
【図２６】従来例の撮像素子上の光電変換領域の配列を示す図である。
【図２７】従来例の撮像素子上のマイクロレンズを示す図である。
【図２８】従来例のマイクロレンズの斜視図である。
【図２９】従来例のベイヤー配列の撮像素子のフィルター配列を示す図である。
【図３０】従来例のカラーフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１　シリコン基板
１０２　光電変換領域
１０３、１０５、１０７、１１０、１１２　低屈折率物質層
１０４、１０６、１０８　金属配線層
１０９、１１１　高屈折率物質層
１１３Ｇ、１１３Ｒ、１１３Ｂ　カラーフィルター
１１４、１１６　樹脂層
１１５Ｇ、１１５Ｒ、１１５Ｂ　干渉フィルター層
１３０、１３１、１３２、１３３、１３４　受光開口
１４０、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８　受光開口
【図１】
2004128201.tif 000005
【図２】
2004128201.tif 000006
【図３】
2004128201.tif 000007
【図４】
2004128201.tif 000008
【図５】
2004128201.tif 000009
【図６】
2004128201.tif 000010
【図７】
2004128201.tif 000011
【図８】
2004128201.tif 000012
【図９】
2004128201.tif 000013
【図１０】
2004128201.tif 000014
【図１１】
2004128201.tif 000015
【図１２】
2004128201.tif 000016
【図１３】
2004128201.tif 000017
【図１４】
2004128201.tif 000018
【図１５】
2004128201.tif 000019
【図１６】
2004128201.tif 000020
【図１７】
2004128201.tif 000021
【図１８】
2004128201.tif 000022
【図１９】
2004128201.tif 000023
【図２０】
2004128201.tif 000024
【図２１】
2004128201.tif 000025
【図２２】
2004128201.tif 000026
【図２３】
2004128201.tif 000027
【図２４】
2004128201.tif 000028
【図２５】
2004128201.tif 000029
【図２６】
2004128201.tif 000030
【図２７】
2004128201.tif 000031
【図２８】
2004128201.tif 000032
【図２９】
2004128201.tif 000033
【図３０】
2004128201.tif 000034