(57)【要約】【課題】撮像装置において、簡単な構成および演算で可視光カラー画像をより高感度で取得できるようにする。【解決手段】カラー画像取得用のフィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して可視光領域内を波長分離して第１の各波長別の検知部で検知するとともに、フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通すよりもより高感度となるようにフィルタＣ４を通して高感度化対応画素としての第２の検知部で検知する。フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して第１の検知部で検知される各波長の信号ＳC1，ＳC2，ＳC3に基づいて測定量を示す信号を取得し、この測定量を示す信号と第２の検知部で検知される高感度の第１の波長領域の成分の信号とを使って、第１の検知部で検知された各波長の信号ＳC1，ＳC2，ＳC3に対して感度補正演算を実行する。【選択図】図１
2007288549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を検知する検知部と、前記検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に同一基板上に配された物理量分布検知のための装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
第１の波長領域内を複数に波長分離して各成分を第１の前記検知部で検知するととともに、前記第１の波長領域の成分についてより高感度に第２の前記検知部で検知し、
前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に基づいて測定量を示す信号を取得し、
前記測定量を示す信号と前記第２の検知部で検知される高感度の前記第１の波長領域の成分の信号とを使って、前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して感度補正演算を実行する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
【請求項２】
前記感度補正演算は、前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して、前記測定量を示す信号と前記第２の検知部で検知される高感度の前記第１の波長領域の成分の信号との比を掛けることで実現される
ことを特徴とする請求項１に記載の物理情報取得方法。
【請求項３】
電磁波を検知する検知部と、前記検知部で検知された電磁波量に基づいて対応する単位信号を生成して出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に同一基板上に配された物理量分布検知のための装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
第１の波長領域内を複数に波長分離して各成分を検知する第１の検知部と、
前記第１の検知部により検知される前記第１の波長領域の成分より高感度に前記第１の波長領域の成分を検知する第２の検知部と、
前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に基づいて測定量を示す信号を取得し、前記測定量を示す信号と前記第２の検知部で検知される高感度の前記第１の波長領域の成分の信号とを使って、前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して感度補正演算を実行する高感度化信号処理部を具備した信号処理部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
【請求項４】
前記高感度化信号処理部は、前記感度補正演算として、前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して、前記測定量を示す信号と前記第２の検知部で検知される高感度の前記第１の波長領域の成分の信号との比を掛けることで実現する
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項５】
前記高感度化信号処理部は、全ての前記各検知部の位置について、波長成分や感度が異なるモザイク状の情報から波長成分や感度が均一な情報を生成するデモザイク処理を実行し、この後に、前記感度補正演算を実行する
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項６】
前記第１の検知部は、各波長の単位信号として複数の色信号を検知し、
前記高感度化信号処理部は、前記複数の色信号のうちの少なくとも１つの色信号に対してゲイン調整を行なうことによりホワイトバランスをとり、この後に、前記感度補正演算を実行する
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項７】
前記第２の検知部の前記電磁波の入射側に、ホワイトバランスがとれるようにするための色フィルタが配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項８】
前記第１の検知部は、前記第１の波長領域の成分について当該第１の波長領域の成分とは異なる第２の波長領域の成分と予め分離して検知し、
前記第２の検知部は、前記第１の波長領域の成分を高感度で検知するとともに、前記第２の波長領域の成分を検知する
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項９】
前記信号処理部は、前記第１の検知部で検知された各波長の単位信号を、前記第２の検知部で検知された単位信号を使って抑制補正演算を実行することにより、前記第２の波長領域の成分の影響を排除した前記第１の波長領域の成分に関わる物理情報を取得する抑制補正処理部を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の物理情報取得装置。
【請求項１０】
前記抑制補正処理部は、前記第１の検知部で検知された単位信号から、前記第２の検知部で検知された単位信号に所定の係数を掛けた信号成分を減算することにより前記抑制補正演算を実行する
ことを特徴とする請求項９に記載の物理情報取得装置。
【請求項１１】
前記抑制補正処理部は、前記第２の検知部で検知される単位信号を前記第１の検知部で検知された単位信号を使って補正することにより、前記第１の波長領域の成分を排除した前記第２の波長領域の成分のみの単位信号を取得し、この補正後の前記第２の波長領域の単位信号を使って前記第１の検知部で検知された単位信号に対して前記抑制補正演算を実行する
ことを特徴とする請求項９に記載の物理情報取得装置。
【請求項１２】
前記抑制補正処理部は、前記第１の波長領域の成分を排除した前記第２の波長領域の成分のみの前記補正後の単位信号を使って、前記第２の検知部で検知される単位信号に対して補正を加える
ことを特徴とする請求項１１に記載の物理情報取得装置。
【請求項１３】
前記第１の検知部の前記電磁波が入射する入射面側には、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、前記電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材が配されている
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理情報取得方法および物理情報取得装置に関する。より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読出可能な物理量分布検知の半導体装置を利用した固体撮像装置などへの適用に好適な信号取得技術に関する。特に、高感度に信号を取得することができるようにする仕組みに関する。
【背景技術】
【０００２】
光や放射線などの外部から入力される電磁波などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素（たとえば画素）をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。
【０００３】
たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光（電磁波の一例）の変化を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。
【０００４】
たとえば、固体撮像装置は、デバイス部の撮像部（画素部）に設けられている光電変換素子（受光素子；フォトセンサ）であるフォトダイオードにて、光や放射線などの外部から入力される電磁波を検知して信号電荷を生成・蓄積し、この蓄積された信号電荷（光電子）を、画像情報として読み出す。
【０００５】
ここで、カラー画像を取得する構成とする場合には、色フィルタを用いることで色を識別するイメージセンサとするのが現在の主流となっている。通常、色の３原色である赤，緑，青色の減色フィルタを用いることによって色を識別し、それぞれの色フィルタの下に光を検出する半導体層を設けることで、フィルタを透過した３原色光をそれぞれ別に検出する。しかしながら、このような色フィルタを設けることで光の利用効率が小さくなる。
【０００６】
つまり、色フィルタ方式の場合、カットする光が多いために受光効率が悪く感度が低下する。特に、赤，緑，青の３原色のフィルタを用いてそれぞれの色を識別する場合、光量はそれだけで１／３以下に落ちてしまう。このため、暗い場所での感度の低下を招き、被写体ボケや動体ボケを発生しやし易い。また、暗いところで撮影したときにはクロマノイズが顕著になる。
【０００７】
これに対して、最近、半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用した単板式のものが提案されている（たとえば特許文献１を参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０３９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３５は、特許文献１に記載のセンサの仕組みを説明する図であって、図３５（Ａ）は半導体層の光吸収スペクトル特性を示す図、図３５（Ｂ）は、デバイスの断面構造の模式図である。
【００１０】
この仕組みにおいては、Ｓｉ（シリコン）半導体の光の吸収係数が図３５（Ａ）に示すように青，緑，赤，赤外光の順に小さくなる、すなわち入射光Ｌ１に含まれる青色光、緑色光、赤色光、および赤外光に関しては、半導体の深さ方向において波長による場所依存性を呈することを利用して、図３５（Ｂ）に示すように、Ｓｉ半導体の表面から深さ方向に可視光（青，緑，赤）および赤外光の各色光を検出するための層を順次設けている。
【００１１】
しかしながら、波長による吸収係数の違いを利用した特許文献１に記載の仕組みでは、理論上検知できる光量が低下しないが、青色光を検知する層では赤色光や緑色光が通過するときにある程度吸収を受けるためにそれらの光が青色光として検知されてしまう。いわゆる、混色の問題が生じる。このために、青の信号が本来ない場合でも緑や赤の信号が入ることで青にも信号が入り偽信号が生じてしまうことになるので、十分な色再現性を得られない。
【００１２】
これを避けるためには、３原色全体で計算による信号処理で補正を行なう必要があり、計算に必要な回路を別途必要となるので、その分だけ回路構成が複雑・大規模になり、またコスト的に高くなる。さらに、たとえば３原色のうちどれか１色が飽和するとその飽和した光の本来の値が判らなくなることで計算に狂いが生じ、結果として本来の色とは異なるように信号を処理することになる。
【００１３】
また、計算に必要な回路が別途必要となるのでコスト的に高くなる。また複雑な演算が伴うために動画に適応することが困難である。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感度不足を改善することのできる新たな仕組み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】
【００１５】
本発明に係る仕組みにおいては、先ず、第１の波長領域（たとえば可視光領域）内を複数（たとえば色成分別）に波長分離して各成分を第１の検知部で検知するととともに、第１の波長領域の成分についてより高感度に第２の検知部で検知する。
【００１６】
そして、第１の検知部で検知された各波長の単位信号に基づいて測定量を示す信号を取得し、この測定量を示す信号と第２の検知部で検知される高感度の第１の波長領域の成分の信号とを使って、第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して感度補正演算を実行することにした。
【００１７】
なお、第２の検知部は、第１の波長領域の成分についてより高感度に検知するだけでなく、第１の波長領域の成分とは異なる第１の波長領域成分に対しては不要成分となる第２の波長領域（たとえば赤外光領域）の成分を検知するものであってもよい。この場合、第１の検知部で検知された単位信号を、第２の検知部で検知された単位信号を使って抑制補正演算を実行することにより、第２の波長領域の成分の影響を排除した第１の波長領域の成分に関わる物理情報を取得するようにする。
【００１８】
なお、抑制補正演算に当たっては、第１の波長領域の成分に含まれる第２の波長領域の成分を排除するとの観点から、第１の検知部で検知された単位信号から、第２の検知部で検知された単位信号に所定の係数を掛けた信号成分を減算するのがよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１の検知部で検知された各波長の単位信号に基づく測定量を示す信号と第２の検知部で検知される高感度の第１の波長領域の成分の信号とを使って、第１の検知部で検知された各波長の単位信号に対して感度補正演算を実行するようにした。
【００２０】
これにより、詳細は後述の実施形態で説明するが、比較的簡単な積和演算により高感度化補正演算を実行できるようになる。感度不足を解決しつつ、動画対応可能な高速処理イメージセンサや演算手法を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
＜基本概念＞
図１は、補正演算により可視光カラー画像を高感度に取得することを可能にする色分離フィルタの配置例の基本構造を示す図である。ここでは、可視光カラー画像用に色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３（何れも第１の波長領域成分を透過）の３つの波長領域（色成分）用のものと、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３とは異なる色フィルタＣ４といった別個のフィルタ特性を有する４種類の色フィルタを規則的（本例では正方格子状）に配設している。
【００２３】
色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を通して対応する検知部で検知することで、それぞれの成分を独立して検知することができる。色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される検知部が第１の検知部であり、色フィルタＣ４が配される検知部が第２の検知部である。また、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される検知部（検知要素）は、カラー画像取得のために第１の波長領域をさらに波長分離して検知するためのものである。
【００２４】
本実施形態において、色フィルタＣ４を通して得られる第２の波長領域の成分は、第２の検知部を、カラー画像取得用の色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の検知部よりも光の利用効率が高い画素、すなわち感度の高い画素とし、この第２の波長領域の成分を検知した第２の検知部から出力される高感度の単位信号を用いて、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して第１の波長領域の成分を検知した各第１の検知部から出力される各単位信号との間で所定の補正演算処理を実行することで、可視光カラー画像を高感度に取得することができるようにするものである。
【００２５】
その限りにおいて、第２の波長領域の成分は、赤外光領域の成分を含んでいてもよいし含んでいなくてもよい。つまり、色フィルタＣ４は赤外光成分を通過させるか否かすなわち赤外光IRに対する透過率は不問であり、第２の検知部に赤外光が入射するように、従来よく使われている赤外光カットフィルタを取り除いて撮像してもよい。
【００２６】
なお、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、たとえば、可視光帯内のある色成分で透過率が略１、その他で略ゼロとする原色フィルタとする。たとえば、可視光VL（波長λ＝３８０〜７８０ｎｍ）の３原色である青色成分Ｂ（たとえば波長λ＝４００〜５００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）、緑色成分Ｇ（たとえば波長λ＝５００〜６００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）、赤色成分Ｒ（たとえば波長λ＝６００〜７００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）を中心とする原色フィルタであってもよい。
【００２７】
もしくは、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、可視光帯内のある色成分で透過率が略ゼロ、その他で略１の透過率を持つ補色系の色フィルタとする。たとえば、黄Ｙｅ（たとえば波長λ＝４００〜５００ｎｍで透過率が略ゼロ、その他で略１）、マゼンダＭｇ（たとえば波長λ＝５００〜６００ｎｍで透過率が略ゼロ、その他で略１）、シアンＣｙ（たとえば波長λ＝６００〜７００ｎｍで透過率が略ゼロ、その他で略１）など、可視光の３原色成分に対して略ゼロの透過率を持つ補色系の色フィルタであってもよい。
【００２８】
補色系の色フィルタは原色系の色フィルタよりも感度が高いので、可視領域の透過光が３原色の各々の補色である補色系の色フィルタを使用することで撮像装置の感度を高めることができる。逆に、原色系の色フィルタを用いることで、差分処理を行なわなくても原色の色信号を取得でき、可視光カラー画像の信号処理が簡易になる利点がある。
【００２９】
なお、透過率が“略１”であるとは、理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに大きいものであればよい。一部に“１”でない透過率”があってもよい。また、透過率が“略ゼロ”であるについても、同様に理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに小さいものであればよい。一部に“ゼロ”でない透過率”があってもよい。
【００３０】
また、原色系および補色系の何れも、可視光領域の内の所定色（原色もしくは補色）の波長領域成分を通過させるものであればよく、赤外光領域を通過させるか否かすなわち赤外光IRに対する透過率は不問である。
【００３１】
たとえば、現状一般的に用いられる各色フィルタは、可視光帯内では、たとえばＲ，Ｇ，Ｂの各々に対して透過率が高くその他の色（たとえばＲであればＧやＢ）の透過率が低いが、可視光帯外の透過率に関しては規定外であり、通常、その他の色（たとえばＲであればＧやＢ）の透過率よりも高く、たとえば各フィルタともに赤外領域に感度を持ち、赤外領域において光の透過がある。しかしながら、本実施形態では、このような可視光帯外で透過率が高い特性であっても、影響を受けない。
【００３２】
一方、色フィルタＣ４は、少なくとも、第２の検知部を色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の検知部よりも高感度の画素とするような所定波長領域用のものであればよく、典型的には、第１の波長領域（本例では可視光）から赤外光領域までの全域の成分を通過させるもの（全域通過フィルタ）であるのがよい。
【００３３】
たとえば、第２の検知部が、青色から赤色までの光（波長４５０〜６６０ｎｍ）に対して感度を持つようにする白色フィルタを用いるのがよい。可視光から赤外光（特に近赤外光）までの全波長の成分を通過させるという点においては、色フィルタＣ４としては、事実上、カラーフィルタを設けない構成を採ることができる。本願明細書では、このように、事実上、カラーフィルタを設けない構成をも含めて、「フィルタＣ４を通して」第２の検知部で検知すると称する。
【００３４】
なお、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される画素の検知部（たとえばフォトダイオードなどの撮像素子）は、可視光に感度を有していればよく、近赤外光に感度を有する必要はない。一方、色フィルタＣ４が配される画素のフォトダイオードなどで構成される検知部は、色フィルタＣ４が全域通過フィルタでかつ赤外光対応とする場合には、可視光と近赤外光に感度を有することが必要である。
【００３５】
また、色フィルタＣ４が配される色画素は、この色フィルタＣ４が配される色画素に基づいて得られる第２の波長領域の成分に関わる物理情報（本例では赤外光画像）再現用として使用されるだけでなく、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される色画素に基づいて得られる可視光カラー画像再現用の色信号に対して補正画素としても使用される。色フィルタＣ４は、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３に対しての補正色フィルタとして機能することになるのである。
【００３６】
すなわち、可視光の画素Ｒ，Ｇ，ＢまたはＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅの画素に赤外光が同時に入射すると本来のＲ，Ｇ，ＢやＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅの輝度値と異なって色再現が悪くなることがある。この問題を回避するには、後述するように、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される可視光の画素（第１の検知部）の上に電体多層膜を利用した赤外光カット機能部を形成して赤外光をカットしてもよい。ただし、この場合でも、カット性能の限界から赤外光の影響を完全に排除できないこともあるので、その場合は、色フィルタＣ４を通して得られる第２の検知部の出力信号を用いて、信号処理によって赤外光成分を抑制するとよい。
【００３７】
要するに、可視光カラー画像の再現に当たっては、先ず、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される色画素から第１の波長領域の信号成分ＳC1，ＳC2，ＳC3を、この第１の波長領域の成分とは異なる第２の波長領域（赤外）の成分から事実上分離して、それぞれ独立の検知領域で検知する。また、高感度対応の所定波長領域の信号成分ＳC4をさらに別の検知領域で検知する。
【００３８】
そして、各信号成分ＳC1，ＳC2，ＳC3を、信号成分ＳC4を使ってより高感度な信号となるように補正演算（特に高感度化補正演算と称する）を実行することにより、第１の波長領域の成分（可視光成分）に関わる画像（ここでは可視光カラー画像）を再現するための各補正色信号ＳC1＊，ＳC2＊，ＳC3＊を取得する。
【００３９】
このとき、色フィルタＣ４が赤外光成分を通過させる特性の場合、その赤外光領域の成分の影響を排除するような補正演算（特に赤外光抑制補正演算と称する）をも実行する。赤外光抑制補正演算に当たっては、第１波長領域の信号成分ＳC1，ＳC2，ＳC3から、少なくも赤外光成分を含むＳC4に所定の係数αC1，αC2，αC3を掛けた信号成分を減算する。
【００４０】
なお、赤外光に関わる赤外光画像は、信号成分ＳC4から取得できる。つまり、色フィルタＣ４が第１の波長領域（本例では可視光）から赤外光までの全域の成分を通過させる全域通過フィルタである場合には、信号成分ＳC4から信号成分ＳC1，ＳC2，ＳC3により得られる可視光像の成分を減算すればよい。なお、赤外光画像に関しては、赤外光と可視光の混在による像を取得するようにしてもよい。
【００４１】
このようにして、４種類の波長領域（ここでは４種類の色フィルタを配設した各画素）で得られる信号出力をマトリクス演算すると、主に色フィルタＣ１，Ｃ３を通した可視光カラー画像および色フィルタＣ４を通した高感度対応用画像をそれぞれ独立に求めることができる。
【００４２】
すなわち、フォトダイオードなどの撮像素子の各画素に、別個のフィルタ特性を有する４種類の色フィルタを配設し、４種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することで、可視光カラー画像を形成するための３原色出力と、可視光カラー画像に対して高感度化補正演算を実行するための出力（高感度対応用画像）を、それぞれ独立かつ同時に取得することができる。
【００４３】
また、可視光カラー画像に関しては、赤外光抑制補正演算によって、赤外光の漏れによる色再現の悪さを演算処理にて補正することで、暗所で感度の高く、かつ色再現の良好な撮像が可能になる。赤外光に近い赤色の信号成分が大きくなる現象や映像の赤い部分で輝度が高くなる現象を緩和することもでき、特別な撮像素子や機構を用いなくても、低コストで色再現性の向上と低照度時の感度アップのバランスを取ることができる。
【００４４】
また、減色フィルタの一例として厚みや重さのある高価なガラス製の光学部材（いわゆる赤外光カットフィルタ）を結像光学系の光路上のセンサの前に入れる必要がなくなる。高価な赤外光カットフィルタ（ＩＲカットフィルタ）を不要にすることで、光学系を軽量かつコンパクトにできるし、コストを大幅に低減できる。もちろん、赤外光カットフィルタの挿入／抜出機構が不要であり、装置が大がかりになることもない。
【００４５】
また赤外光カットフィルタが不用になることによって高感度化も達成される。赤外光カットフィルタなしでカラー撮像を行なうことで、現行の信号処理回路と組み合わせつつ、近赤外線領域の光を有効に利用し高感度化を図ることもでき、その際、低照度時であっても、色再現性が良好になる。
【００４６】
可視光成分に漏れ込む赤外光成分による可視光カラー画像の色再現の悪さについては、演算処理により簡単に補正することができる。また、その補正演算に際しては、特開２００３−７０００９号公報に記載の仕組みのような単なる見積もりで補正するのではなく、赤外光成分を実測し、その情報を使って補正するので、実際の撮像環境下での赤外光の強度に応じた適正量で補正を加えることができ、補正精度が極めて良好である。また、ユーザが撮像環境に合わせて補正量を調整する必要がなく使い勝手がよい。
【００４７】
加えて、本実施形態では、色フィルタＣ４を通した高感度対応用画像を利用した高感度化補正演算をも適用する点に大きな特徴を有する。すなわち、フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して可視光領域内を波長分離して第１の各波長別の検知部で検知するとともに、フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通すよりもより高感度となるようにされたフィルタＣ４を通して第２の検知部で検知する。
【００４８】
フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して第１の検知部で検知される各波長の信号ＳC1，ＳC2，ＳC3に基づいて測定量を示す信号を取得し、この測定量を示す信号と第２の検知部で検知される高感度の第１の波長領域の成分の信号とを使って、第１の検知部で検知された各波長の信号ＳC1，ＳC2，ＳC3に対して感度補正演算を実行するのである。こうすることで、従来のセンサに比べて、一層の高感度化を達成することができるようになる。これによって、暗い場所でもクロマノイズが少ない撮影が可能となる。またシャッタ時間を短くすることもできるので、被写体ボケや動体ボケも防ぐことが可能となる。
【００４９】
さらに、詳細は後述するが、高感度化の演算アルゴリズム（高感度化補正演算）が簡単な式で実現できるために、演算速度が速く、静止画撮像に限らず、動画撮像にも対応可能である。
【００５０】
また、可視光のない、たとえば夜間においても、赤外光を照射して撮像することで、鮮明な像を得ることができるので、防犯用のイメージセンサとしての応用も可能である。このように、眼で見ることができる可視光のイメージ像と対応して、眼で見ることのできない赤外光の像情報を同時に受けることができる。これによって新しい情報システムへのキーデバイスとして応用が広がる。
【００５１】
＜撮像装置＞
図２は、本発明に係る物理情報取得装置の一例である撮像装置の概略構成を示す図である。この撮像装置３００は、可視光カラー画像および近赤外光画像を独立に得る撮像装置になっている。
【００５２】
具体的には、撮像装置３００は、被写体Ｚの像を担持する光Ｌを撮像部側に導光して結像させる撮影レンズ３０２と、光学ローパスフィルタ３０４と、色フィルタ群３１２および固体撮像素子（イメージセンサ）３１４を有する撮像部３１０と、固体撮像素子３１４を駆動する駆動部３２０と、固体撮像素子３１４から出力された各撮像信号ＳIR（赤外光成分），ＳＶ（可視光成分）を処理する撮像信号処理部３３０とを備えている。
【００５３】
光学ローパスフィルタ３０４は、折返し歪みを防ぐために、ナイキスト周波数以上の高周波成分を遮断するためのものである。また、図中に点線で示しように、光学ローパスフィルタ３０４と合わせて、赤外光成分を低減させる赤外光カットフィルタ３０５を設けることもできる。この点は、一般的な撮像装置と同様である。ただし、本構成例では、口授する信号処理との組合せとの観点から、赤外光カットフィルタ３０５を備えない構成を基本とする。
【００５４】
また、可視光カラー画像および近赤外光画像を独立に得る構成とする場合、撮影レンズ３０２を通して入射された光Ｌ１を不可視光の一例である赤外光IRと可視光VLとに分離する波長分離用の光学部材（波長分離光学系という）を備える仕組みが採られることもあるが、本構成では、そのような入射系において波長分離を行なう波長分離光学系を備えていない。
【００５５】
固体撮像素子３１４は、２次元マトリックス状に形成された光電変換画素群からなる撮像素子である。なお、本実施形態で用いる固体撮像素子３１４の具体的な構成については後述する。
【００５６】
固体撮像素子３１４の撮像面では、被写体Ｚの像を担持する赤外光IRに応じた電荷や可視光VLに応じた電荷が発生する。電荷の蓄積動作や電荷の読出動作などの動作は、図示しないシステムコントロール回路から駆動部３２０へ出力されるセンサ駆動用のパルス信号によって制御される。
【００５７】
固体撮像素子３１４から読み出された電荷信号、すなわち赤外光画像を担持する赤外光撮像信号ＳIRと可視光像を担持する可視光撮像信号ＳVLは撮像信号処理部３３０に送られ、所定の信号処理が加えられる。
【００５８】
ここで、本実施形態の構成においては、色フィルタＣ４としては、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を通して得られる信号よりも光の利用効率が高い高感度信号が得られるようにしており、赤外光撮像信号ＳIRは、高感度撮像信号ＳHS（HS：High Sensitivity）としても機能するようになっている。
【００５９】
たとえば、撮像信号処理部３３０は、固体撮像素子３１４から出力されたセンサ出力信号（可視光撮像信号ＳVLおよび赤外光撮像信号ＳIR）に対して黒レベル調整やゲイン調整やガンマ補正などの前処理を行なう前処理部３３２と、前処理部３３２から出力されたアナログ信号をデジタイル信号に変換するＡＤ変換部３３４と、撮影レンズ３０２で生じるシェーディングや固体撮像素子３１４の画素欠陥などを補正する補正処理部３３６と、画像信号処理部３４０とを備えている。
【００６０】
画像信号処理部３４０は、被写体Ｚを色フィルタＣ１〜Ｃ４の配列パターン（モザイクパターン）に従って画素ごとに異なる色と感度で撮像し、色と感度がモザイク状になった色・感度モザイク画像から、各画素が全ての色成分を有し、かつ、均一の感度を有する画像に変換する高感度化信号処理部３４１を備えている。
【００６１】
高感度化信号処理部３４１は、色フィルタＣ１〜Ｃ３を通して信号を検知する第１の検知部で検知された各波長の単位信号に基づいて測光量（測定量）を示す信号を取得し、この測光量を示す信号と色フィルタＣ４を通して信号を検知する第２の検知部で検知される高感度の第１の波長領域（本例では可視光領域）の各色成分の信号とを使って、第１の検知部で検知された各波長の単位信号（色信号）に対して感度補正演算を実行する。この感度補正演算としては、具体的には、第１の検知部で検知された各波長の色信号に対して、測光量を示す信号と第２の検知部で検知される高感度の色信号との比を掛けることで実現する。
【００６２】
このため、高感度化信号処理部３４１は、図示を割愛するが、撮像動作によって得られた色・感度モザイク画像から測光量を示す信号として輝度画像を生成する輝度画像生成処理部、および、色・感度モザイク画像と輝度画像を用いて単色画像Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する単色画像処理部とを有する。なお、一般に、波長成分（色成分）や感度が異なるモザイク状の撮像情報としてのモザイク画像から、全ての画素位置について色や感度が均一な情報としての輝度画像や単色画像を生成する処理をデモザイク処理と称する。
【００６３】
また、高感度化信号処理部３４１は、単色画像処理部で得られる単色画像に対して、輝度画像生成処理部で得られる輝度画像（測光量を示す）と色フィルタＣ４を通して得られる高感度撮像信号ＳHSを用いて補正を加えることで、高感度補正がなされた単色画像Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する高感度化補正部を備えている。
【００６４】
輝度画像生成部は、色・感度モザイク画像、色フィルタＣ１〜Ｃ４の配列パターンを示す色モザイクパターン情報、および感度モザイクパターン情報に基づいて、３原色成分Ｒ，Ｇ，Ｂの各推定値を求め、求めた推定値に色バランス係数を乗算する。そして、各色についての乗算値を加算し、その和を画素値とする輝度画像を生成する。ここで、色バランス係数ｋＲ，ｋＧ，ｋＢは、予め設定されている値である。
【００６５】
単色画像処理部は、注目する色成分について、近傍の同一色の画素信号を用いて色・感度モザイク画像に補間処理を施すことで、得られる全ての画素が各色成分の画素値を有する単色画像を生成する。
【００６６】
また、画像信号処理部３４０は、可視光撮像信号ＳVLに対して赤外光撮像信号ＳIR（高感度撮像信号ＳHS）を使って補正を加えることで補正可視光撮像信号ＳVL＊（ＳＲ＊，ＳＧ＊，ＳＢ＊）を生成する赤外光抑制補正処理部３４２を備えている。
【００６７】
また、画像信号処理部３４０は、赤外光抑制補正処理部３４２から出力された補正可視光撮像信号ＳVL＊に基づいて輝度信号を生成する輝度信号処理部３４４と、赤外光抑制補正処理部３４２から出力された補正可視光撮像信号ＳVL＊に基づいて色信号（原色信号や色差信号）を生成する色信号処理部３４６と、赤外光撮像信号ＳIRに基づいて赤外光画像を表わす赤外光信号を生成する赤外信号処理部３４８とを備えている。
【００６８】
なお、本実施形態の構成例では、高感度化信号処理部３４１の後段に、赤外光対応の赤外光抑制補正処理部３４２を設けているが、赤外光抑制補正処理部３４２の後段に、高感度化信号処理部３４１を設ける構成とすることもできる。この場合、高感度化信号処理部３４１に設けられる輝度画像生成部を輝度信号処理部３４４と兼用し、また単色画像処理部を色信号処理部３４６と兼用することができる。
【００６９】
固体撮像素子３１４から出力された撮像信号は、撮像信号処理部３３０の前処理部３３２により所定レベルに増幅され、ＡＤ変換部３３４によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。また、可視光成分のデジタルの画像信号は、赤外光抑制補正処理部３４２で赤外光成分が抑制され、さらに輝度信号処理部３４４や色信号処理部３４６にて、必要に応じて（特に色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３として補色フィルタを使用した場合）Ｒ，Ｇ，Ｂの色分離信号に分離された後、輝度信号や色信号もしくはこれを合成した映像信号などに変換され出力される。また、赤外信号処理部３４８にて、赤外光撮像信号ＳIRに対して可視光撮像信号ＳVLを使って補正が加えられる。
【００７０】
なお、赤外光抑制補正処理部３４２は、可視光撮像信号ＳVLに対して赤外光撮像信号ＳIRを使って補正を加えることができればよく、その配設位置は、このような構成に限定されない。たとえば、ＡＤ変換部３３４とシェーディング補正や画素欠陥補正を行なう補正処理部３３６との間に設け、シェーディング補正や画素欠陥補正の前に赤外光の影響を抑制する補正を行なうようにしてもよい。
【００７１】
あるいは、前処理部３３２とＡＤ変換部３３４との間に設け、黒レベル調整やゲイン調整やガンマ補正などの前処理の後に赤外光抑制処理を行なうようにしてもよいし、固体撮像素子３１４と前処理部３３２との間に設け、黒レベル調整やゲイン調整やガンマ補正などの前処理の前に赤外光抑制処理を行なうようにしてもよい。
【００７２】
このような構成によって、撮像装置３００は、撮影レンズ３０２により赤外光IRを含む被写体Ｚを表わす光学画像を取り込み、赤外光画像（近赤外光光学画像）と可視光像（可視光光学画像）とを分離することなく撮像部３１０に取り込み、撮像信号処理部３３０によってこれら赤外光画像と可視光像とをそれぞれ映像信号に変換した後に所定の信号処理（たとえばＲ，Ｇ，Ｂ成分への色信号分離など）を行なって、カラー画像信号や赤外光画像信号、あるいは両者を合成した混在画像信号として出力する。
【００７３】
たとえば、撮影レンズ３０２は、波長３８０ｎｍ程度から２２００ｎｍ程度までの光を透過することができる石英またはサファイアなどの光学材料によって構成されるレンズであり、赤外光IRを含む光学画像を取り込んで、これを集光しながら固体撮像素子３１４上に結像させる。
【００７４】
また、本実施形態の撮像装置３００においては、撮像部３１０に、本来の検知目的の波長成分の検知に最適化された検知部（イメージセンサ）を設けるようにする点に特徴を有している。特に、本実施形態においては、可視光VLと赤外光IRの内の短波長側を検知するべく、可視光VLの検知に最適化された固体撮像素子３１４が設けられている。
【００７５】
ここで“最適化されたイメージセンサ”とは、本来の検知目的の波長成分の撮像信号に、本来の検知目的の波長成分以外が可能な限り含まれないようにするような波長分離対応の領域を備えた構造を持つことを意味する。
【００７６】
波長分離光学系による光路上での波長分離を備えなくても、イメージセンサ側で波長分離対応の構造を持つようにすることで、光学系をコンパクトにすることを可能にする点に特徴を有している。
【００７７】
このような撮像装置の構造は、特開平１０−２１０４８６号公報や特開平０６−１２１３２５号公報のように、波長分離光学系で分離した各波長成分を、同様の構造を持つそれぞれ個別のセンサに入射させることで、可視光像と赤外光画像とを個別に取得する構成とは異なる。
【００７８】
また、特開平１０−２１０４８６号公報のように、コールドミラーを透過した可視光成分をさらに３枚のダイクロイックミラーで、赤色成分、緑色成分、および青色成分に分離し、それぞれを個別のセンサに入射させることで、可視光VLに関して、Ｒ，Ｇ，Ｂの個別の画像を取得する仕組みとも異なる。特開平１０−２１０４８６号公報の方式では、可視光VLについて３つのセンサが必要になり、感度向上はあるものの、コストが増大するという問題点がある。本実施形態の構成ではこの問題がない。
【００７９】
また、特開２００２−３６９０４９号公報のように、光路上にて２段構えで波長分離を行ない、同様の構造を持つそれぞれ個別のセンサに入射させることで、可視光像と赤外光画像とを個別に取得する構成とも異なる。同公報の方式では、光路上にて２段構えで波長分離を行なうので、光学系が大掛かりになる難点がある。加えて、感度やボケなどの問題も有する。本実施形態の構成ではこの問題がない。
【００８０】
たとえば、本実施形態の構成では、撮像部３１０による可視光VLの撮像において、減色フィルタの一例として赤外光カットフィルタを固体撮像素子３１４の前に入れる必要がなくなる。高価な赤外光カットフィルタを不要にすることで、コストを大幅に低減できる。また、厚みや重さのある赤外光カットフィルタを不要にすることで、光学系を軽量かつコンパクトにできる。もちろん、赤外光カットフィルタの挿入／抜出機構が不要であり、装置が大がかりになることもない。既存のガラス製の赤外光カットフィルタを用いる場合に比べて、コスト的に有利になるし、コンパクトになって携帯性などに優れたデジタルカメラなどの撮像装置を提供することができる。
【００８１】
また、赤外光カットフィルタを固体撮像素子３１４の前に入れる構成では、ガラス基板をＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の前に入れることで光路の途中に空気とガラス界面が生じてしまう。したがって、透過して欲しい可視光VLの光までがその界面で反射されてしまい、感度低下を招く問題が生じる。さらにこのような界面が多くなることで、斜め入射における（ガラス内で）屈折する角度が波長によって異なり、光路の変化による焦点ぼけを引き起こす。これに対して固体撮像素子３１４の前側の光路上に赤外光カットフィルタを用いないことで、このような焦点ぼけがなくなる利点が得られる。
【００８２】
なお、さらに波長分離性能を向上させるために、光学系が大きくなってしまなどの問題が生じてしまうが、全体に弱い赤外光カットフィルタを入れてもよい。たとえば５０％以下の赤外光カットフィルタを入れることで可視光VLに対して殆ど問題のないレベルまでカットするとよい。
【００８３】
何れにしても、可視光VLのみの撮像と赤外光IRのみの撮像、あるいは可視光VLのみの撮像と赤外光IRと可視光VLとを混在させた撮像を、同時に行なうようにすることができる。
【００８４】
昼間におけるモノクロ画像あるいはカラー画像の撮像時に赤外光IRの影響を受けず、また、夜間などにおいて、赤外光IRによる撮像が可能となる。必要に応じて、他方の像も同時に出力することもできる。その場合でも、昼間において、可視光VLの影響を受けない赤外光IRのみの画像を得ることができる。
【００８５】
たとえば赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみのモノクロ画像が得られる。特開２００２−１４２２２８号公報記載の仕組みとは異なり、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのモノクロ画像を得るに際して、赤外光IRの成分との間での演算処理が不要である。
【００８６】
さらに、固体撮像素子３１４上に、可視光VL内を所定の波長領域成分に分離する光学部材の一例として、可視光領域において所定の波長透過特性を持つ色フィルタを画素（単位画素マトリクス）に対応させて設けることで、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光領域中の特定波長領域のみの像が得られる。
【００８７】
また、単位画素マトリクスを構成する複数のフォトダイオード上に一体的に、可視光領域においてそれぞれ異なる波長透過特性を持つ色フィルタを、各波長対応（色別）のフォトダイオードに位置整合させて、規則的に配列することで、可視光領域を波長別（色別）に分離することができ、これらの色別の画素から得られる各画素信号に基づいて合成処理をすることで、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみのカラー画像（可視光カラー画像）が得られる。
【００８８】
特開２００２−１４２２２８号公報記載の仕組みのような単純なマトリクス演算とは異なり、赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのカラー画像を得るに際して、可視光領域の信号成分ＳＶから少なくも赤外光領域の成分を含む信号成分ＳIRに所定の係数αを掛けた信号成分を減算する補正演算を行なうので、可視光領域の画素信号に含まれる赤外光成分を精度よく抑制することができる。
【００８９】
また、特開２００３−７０００９号公報記載の仕組みのような単なる見積もりで補正するのではなく、赤外光成分を実測し、その情報を使って可視光成分に補正を加えるので、実情に即してかつ精度よく補正を行なうことができる。
【００９０】
このように、可視光VLのモノクロ画像あるいはカラー画像と、“赤外光IRに関わる像”をそれぞれ独立に求めることが常時可能となる。“赤外光IRに関わる像”とは、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの像や赤外光IRと可視光VLとを混在させた像を意味する。
【００９１】
赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのみの撮像（モノクロ撮像もしくはカラー撮像）と、赤外光IRと可視光VLとを混在させた撮像を、同時に行なうようにすることもできる。また、可視光VLのみの成分（モノクロ像成分もしくはカラー像成分）と、赤外光IRと可視光VLとを混在させた成分との合成処理（詳しくは差分処理）により、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRのみの撮像を行なうようにすることもできる。
【００９２】
なお、上記において、“影響をほぼ全く受けない”とは、最終的に人間の視覚によることを考慮し、一般的に人間の視覚によって明確な差が関知できない程度であれば、“影響を若干受ける”ことがあってもよい。すなわち、赤外光IR側については通過波長領域（可視光VL）の影響を無視可能な赤外画像（物理情報の一例）を取得できればよく、可視光VL側については反射波長領域成分（赤外光IR）の影響を無視可能な通常画像（物理情報の一例）を取得できればよい。
【００９３】
なお、色フィルタＣ４として、白色フィルタを使用する場合には、色フィルタＣ４が配される補正画素は、可視光から赤外光まで広い波長域において感度を持つことになるので、色フィルタＣ１，Ｃ２，Ｃ３が配される可視光撮像用の他の画素に比べて、画素信号が飽和し易い。
【００９４】
この問題を避けるには、色フィルタＣ４が配される第２の検知部の検知時間を駆動部３２０により制御するとよい。たとえば、明るい所での撮像においては、電子シャッタ機能を利用するなどして、通常よりも短い周期で補正画素の検知部から画素信号を読み出して、それを前処理部３３２に送るようにするのがよい。この場合、６０フレーム／秒より高いレートで信号を送ることで飽和に対して効果が得られる。
【００９５】
あるいは単に０．０１６６７秒より短い時間（蓄積時間）で補正画素の検知部から電荷を読み出せればよい。この場合、オーバーフローを用いて基板側に電荷信号を排出することで実効的に短い時間での電荷の蓄積を読み出してもよい。さらに望ましくは、２４０フレーム／秒より高いレートで信号を送ることで飽和に対して効果がよりある。あるいは、単に４．１６ミリ秒より短い時間（蓄積時間）で検知部から電荷を読み出せればよい。何れにしても、補正画素の検知部から出力される画素信号が飽和し難いようにできればよい。なお、このように飽和しないように短い時間（蓄積時間）で電荷を読み出すのは補正画素だけ行なってもよいし、全画素をそのようにしてもよい。
【００９６】
さらに短い時間で読み取った信号を２回以上積算することで、弱い信号を強い信号に変換し、Ｓ／Ｎ比を高めてもよい。たとえば、このようにすることで暗いところで撮像しても、また明るいところで撮像しても適切な感度と高いＳ／Ｎ比が得られ、ダイナミックレンジが広がることになる。
【００９７】
＜撮像装置；ＣＣＤ対応＞
図３は、図１に示す色分離フィルタ配置を、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）に適用した場合の撮像装置の回路図である。
【００９８】
ここで、図３は、可視光帯内をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分に分けつつ赤外光IRを検知するようにした構造を示し、可視光VLの内の青色光Ｂ、緑色光Ｇ、および赤色光Ｒと、赤外光IRとを、それぞれ独立に検知する構造であり、実質的には１つの単位画素マトリクス１２内において波長別に画素（光電変換素子）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを形成しつつ、波長分離構造を有していない画素１２IRを有し、画素１２IRを他の画素に対して補正画素として利用する構造である。
【００９９】
たとえば、図３（Ａ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子１０１は、単位画素マトリクス１２の他に、垂直転送方向に、垂直転送ＣＣＤ１２２が複数本並べられて設けられている。垂直転送ＣＣＤ１２２の電荷転送方向すなわち画素信号の読出方向が縦方向（図中のＸ方向）である。
【０１００】
さらに、垂直転送ＣＣＤ１２２と各単位画素マトリクス１２との間には読出ゲート１２４（波長別には１２４Ｂ，１２４Ｇ，１２４Ｒ，１２４IR）をなすＭＯＳトランジスタが介在し、また各ユニットセル（単位構成要素）の境界部分には図示しないチャネルストップが設けられる。
【０１０１】
なお、図３から分かるように、１つの単位画素マトリクス１２が、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｂ、および赤外光IRを独立に検知する構造であり、実質的には１つの単位画素マトリクス１２内において波長（色）別に画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IRを形成した構造である。これら単位画素マトリクス１２を有して構成されるセンサ部１１２の垂直列ごとに設けられ、各センサ部から読出ゲート１２４によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２とセンサ部１１２とによって撮像エリア１１０が構成される。
【０１０２】
ここで、色フィルタ１４の配列としては、たとえば、シリコン基板１＿ωの受光面側における、垂直転送ＣＣＤ１２２の縦方向（Ｘ方向）に青、緑、赤、IR（補正画素）、青、緑、赤、IR（補正画素）、…の順となり、また、複数の垂直転送ＣＣＤ１２２の同一行方向（Ｙ方向）にも、青、緑、赤、IR（補正画素）、青、緑、赤、IR（補正画素）、…の順となるようにする。また、補正画素を設けることによる解像度低下を考慮した画素配列にすることも有効である（詳細は後述する）。
【０１０３】
センサ部１１２の単位画素マトリクス１２（各画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IR）に蓄積された信号電荷は、読出ゲート１２４に読出パルスＲＯＧに対応するドライブパルスφＲＯＧが印加されることで、同一垂直列の垂直転送ＣＣＤ１２２に読み出される。垂直転送ＣＣＤ１２２は、たとえば３相〜８相などの垂直転送クロックＶｘに基づくドライブパルスφＶｘよって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。画素１２IRは、本実施形態の構成においては、高感度対応の色フィルタＣ４が設けられることで、特に高感度対応の画素１２HSとしての機能を持つ。
【０１０４】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０１には、複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直転送ＣＣＤ１２２に隣接して、所定（たとえば左右）方向に延在する水平転送ＣＣＤ１２６（Ｈレジスタ部、水平転送部）が１ライン分設けられる。この水平転送ＣＣＤ１２６は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づくドライブパルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２から転送された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極が設けられる。
【０１０５】
水平転送ＣＣＤ１２６の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部を有する出力アンプ１２８が設けられる。出力アンプ１２８は、物理情報取得部の一例であって、電荷電圧変換部において、水平転送ＣＣＤ１２６によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換し所定レベルに増幅して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（Ｖout ）として画素信号が導出される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子１０１が構成される。
【０１０６】
ＣＣＤ出力（Ｖout ）として出力アンプ１２８から導出された画素信号は、図３（Ｂ）に示すように、撮像信号処理部３３０に入力される。撮像信号処理部３３０には、信号切替制御部の一例である画像切替制御部３６０からの画像切替制御信号が入力されるようになっている。
【０１０７】
画像切替制御部３６０は、撮像信号処理部３３０の出力を赤外光IRの影響をほぼ全く受けない可視光VLのモノクロ画像やカラー画像と、可視光VLの影響をほぼ全く受けない赤外光IRの画像の何れか一方のみ、もしくはこれらの双方、あるいは可視光VLと赤外光IRの混在画像すなわち赤外光IRの輝度を加算した擬似モノクロ画像あるいは擬似カラー画像にするかの切替えを指令する。つまり、可視光VLの画像と赤外光IRに関わる画像との同時撮像出力や切替撮像出力を制御する。
【０１０８】
この指令は、撮像装置を操作する外部入力によってもよく、また、撮像信号処理部３３０の赤外光IRのない可視光輝度により画像切替制御部３６０が自動処理により切替えを指令してもよい。
【０１０９】
ここで、撮像信号処理部３３０は、たとえば、各画素の撮像データＲ，Ｇ，Ｂ，IRを同時化する同時化処理、スミア現象やブルーミング現象によって生じる縦縞のノイズ成分を補正する縦縞ノイズ補正処理、ホワイトバランス（ＷＢ；White Balance ）調整を制御するＷＢ制御処理、階調度合いを調整するガンマ補正処理、電荷蓄積時間の異なる２画面の画素情報を利用してダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大処理、あるいは輝度データ（Ｙ）や色データ（Ｃ）を生成するＹＣ信号生成処理などを行なう。これにより、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色の撮像データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ，IRの各画素データ）に基づく可視光帯の画像（いわゆる通常画像）が得られる。
【０１１０】
また、撮像信号処理部３３０は、赤外光IRの画素データを用いて、赤外光IRに関わる画像を生成する。たとえば、可視光像取得用の画素１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに対して補正画素として機能する画素１２IRにおいて、赤外光IRだけでなく可視光VLも同時に信号に寄与するように色フィルタ１４Ｃを入れない場合には、画素１２IRからの画素データを用いることで、高感度の画像が得られる。また、画素１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから得られる各色成分との差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。
【０１１１】
このようにして生成された各画像は、図示しない表示部に送られ、操作者に可視画像として提示されたり、あるいはそのままハードディスク装置などの記憶装置に記憶・保存されたり、またはその他の機能部に処理済みデータとして送られる。
【０１１２】
＜撮像装置；ＣＭＯＳ対応＞
図４は、図１に示す色分離フィルタ配置を、ＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）に適用した場合の撮像装置の回路図である。
【０１１３】
ここで、図４は、可視光帯内をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分に分けつつ赤外光IRを検知するようにした構造を示し、可視光VLの内の青色光Ｂ、緑色光Ｇ、および赤色光Ｒと、赤外光IRとを、それぞれ独立に検知する構造であり、実質的には１つの単位画素マトリクス１２内において波長別に画素（光電変換素子）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを形成しつつ、波長分離構造を有していない画素１２IRを有し、画素１２IRを他の画素に対して補正画素として利用する構造である。画素１２IRは、本実施形態の構成においては、高感度対応の色フィルタＣ４が設けられることで、特に高感度対応の画素１２HSとしての機能を持つ。
【０１１４】
ＣＯＭＳに応用した場合、単位画素マトリクス１２内の１つ１つの画素（光電変換素子）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IRに対してセルアンプを１つ持つ構造となる。よってこの場合、図４（Ａ）のような構造となる。画素信号はセルアンプで増幅された後にノイズキャンセル回路などを通して出力される。
【０１１５】
たとえばＣＭＯＳ固体撮像素子２０１は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子（電荷生成部の一例）を含む複数個の画素が行および列に配列された（すなわち２次元マトリクス状の）画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理機能部やデジタル変換部（ＡＤＣ；Analog Digital Converter）などが列並列に設けられている、いわゆる典型的なカラム型となっている。
【０１１６】
具体的には、図４に示すように、ＣＭＯＳ固体撮像素子２０１は、複数の画素１２が行および列に配列された画素部（撮像部）２１０と、画素部２１０の外側に設けられた駆動制御部２０７と、カラム処理部２２６と、出力回路２２８とを備えている。
【０１１７】
なお、カラム処理部２２６の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つＡＧＣ(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部２２６と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部２２６の前段でＡＧＣを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部２２６の後段でＡＧＣを行なう場合にはデジタル増幅となる。ｎビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。
【０１１８】
駆動制御部２０７は、画素部２１０の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部２０７としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路（列走査回路）２１２と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路（行走査回路）２１４と、外部との間でのインタフェース機能や内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部２２０とを備えている。
【０１１９】
水平走査回路２１２は、カラム処理部２２６からカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。これらの駆動制御部２０７の各要素は、画素部２１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子（撮像デバイス）として構成される。
【０１２０】
図４では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の画素１２が配置される。この画素１２は、典型的には、受光素子（電荷生成部）としての単位画素マトリクス１２と、増幅用の半導体素子（たとえばトランジスタ）を有する画素内アンプ（セルアンプ；画素信号生成部）２０５（波長別には２０５Ｂ，２０５Ｇ，２０５Ｒ，２０５IR）とから構成される。画素信号生成部２０５IRは、本実施形態の構成においては、高感度対応の画素信号生成部としての機能を持つ。
【０１２１】
また、図４から分かるように、１つの単位画素マトリクス１２が、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒ、および赤外光IRを独立に検知する構造であり、実質的には１つの単位画素マトリクス１２内において波長（色）別に画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IRを形成した構造である。
【０１２２】
ここで、色フィルタ１４の配列としては、たとえば、シリコン基板１＿ωの受光面側におけるＸ方向に青、緑、赤、IR（補正画素）、青、緑、赤、IR（補正画素）、…の順となり、またＸ方向と直交するＹ方向にも、青、緑、赤、IR（補正画素）、青、緑、赤、IR（補正画素）、…の順となるようにする。また、補正画素を設けることによる解像度低下を考慮した色配列にすることも有効である（詳細は後述する）。
【０１２３】
画素内アンプ２０５としては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部（転送ゲート部／読出ゲート部）の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、ＣＭＯＳセンサとして汎用的な４つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。
【０１２４】
あるいは、特許第２７０８４５５号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線（ＤＲＮ）に接続された増幅用トランジスタと、画素内アンプ２０５をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線（ＴＲＦ）を介して走査される読出選択用トランジスタ（転送ゲート部）を有する、３つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。
【０１２５】
画素１２は、行選択のための行制御線２１５を介して垂直走査回路２１４と、また垂直信号線２１９を介してカラム処理部２２６と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線２１５は垂直走査回路２１４から画素に入る配線全般を示す。一例として、この行制御線２１５は、長尺状の散乱体３に対して平行な方向に配される。
【０１２６】
水平走査回路２１２や垂直走査回路２１４は、たとえばシフトレジスタやデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部２２０から与えられる制御信号に応答してアドレス選択動作（走査）を開始するようになっている。このため、行制御線２１５には、画素１２を駆動するための種々のパルス信号（たとえば、リセットパルスＲＳＴ、転送パルスＴＲＦ、ＤＲＮ制御パルスＤＲＮなど）が含まれる。
【０１２７】
通信・タイミング制御部２２０は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータＴＧ（読出アドレス制御装置の一例）の機能ブロックと、端子２２０ａを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子２２０ｂを介して動作モードなどを指令するデータＤＡＴＡを受け取り、さらにＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の情報を含むデータを端子２２０ｃを介して出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。
【０１２８】
たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダへ出力し、各デコーダは、それを受けて対応する行もしくは列を選択し、駆動回路を介して画素１２やカラム処理部２２６を駆動する。
【０１２９】
この際、画素１２を２次元マトリックス状に配置してあるので、画素内アンプ（画素信号生成部）２０５により生成され垂直信号線２１９を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で（列並列で）アクセスし取り込む（垂直）スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号（たとえばデジタル化された画素データ）を出力側へ読み出す（水平）スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい画素１２を直接にアドレス指定することで、必要な画素１２の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。
【０１３０】
また、通信・タイミング制御部２２０では、端子２２０ａを介して入力されるマスタークロック（マスタークロック）CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを２分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査回路２１２、垂直走査回路２１４、カラム処理部２２６などに供給する。
【０１３１】
垂直走査回路２１４は、画素部２１０の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、垂直方向の読出行を規定する（画素部２１０の行を選択する）垂直デコーダと、垂直デコーダにて規定された読出アドレス上（行方向）の画素１２に対する行制御線２１５にパルスを供給して駆動する垂直駆動回路とを有する。なお、垂直デコーダは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。
【０１３２】
水平走査回路２１２は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部２２６内の図示しないカラム回路を順番に選択し、その信号を水平信号線（水平出力線）２１８に導くものである。たとえば、水平方向の読出列を規定する（カラム処理部２２６内の個々のカラム回路を選択する）水平デコーダと、水平デコーダにて規定された読出アドレスに従って、選択スイッチ２２７にてカラム処理部２２６の各信号を水平信号線２１８に導く水平駆動回路とを有する。なお、水平信号線２１８は、たとえばカラムＡＤ回路が取り扱うビット数ｎ（ｎは正の整数）分、たとえば１０（＝ｎ）ビットならば、そのビット数分に対応して１０本配置される。
【０１３３】
このような構成のＣＭＯＳ固体撮像素子２０１において、画素１２から出力された画素信号は、垂直列ごとに、垂直信号線２１９を介して、カラム処理部２２６のカラム回路に供給される。ここで、単位画素マトリクス１２（各画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IR）に蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直信号線２１９を介して読み出される。
【０１３４】
カラム処理部２２６の各カラム回路は、１列分の画素の信号を受けて、その信号を処理する。たとえば、各カラム回路は、アナログ信号を、たとえば低速クロックCLK2を用いて、たとえば１０ビットのデジタルデータに変換するＡＤＣ(Analog Digital Converter)回路を持つ。
【０１３５】
また、回路構成を工夫することで、垂直信号線２１９を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル）と真の（受光光量に応じた）信号レベルＶsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Fixed Pattern Noise ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。
【０１３６】
このカラム回路で処理されたアナログの画素信号（あるいはデジタルの画素データ）は、水平走査回路２１２からの水平選択信号により駆動される水平選択スイッチ２１７を介して水平信号線２１８に伝達され、さらに出力回路２２８に入力される。なお、１０ビットは一例であって、１０ビット未満（たとえば８ビット）や１０ビットを超えるビット数（たとえば１４ビット）など、その他のビット数としてもよい。
【０１３７】
このような構成によって、電荷生成部としての単位画素マトリクス１２（画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２IR）が行列状に配された画素部２１０からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された画素部２１０に対応する１枚分の画像すなわちフレーム画像が、画素部２１０全体の画素信号の集合で示されることとなる。
【０１３８】
出力回路２２８は、ＣＣＤ固体撮像素子１０１における出力アンプ１２８に対応するものであって、その後段には、ＣＣＤ固体撮像素子１０１と同様に、図４（Ｂ）に示すように、撮像信号処理部３３０が設けられる。撮像信号処理部３３０には、ＣＣＤ固体撮像素子１０１の場合と同様に、画像切替制御部３６０からの画像切替制御信号が入力されるようになっている。
【０１３９】
これにより、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色の撮像データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ，IRの各画素データ）もしくは可視光VL用の画素データに基づく可視光帯の画像（いわゆる通常画像）が得られるとともに、赤外光IRの画素データを用いることで、赤外光IRに関わる画像を得ることができる。
【０１４０】
＜撮像素子；誘電体積層膜を利用＞
図５は、固体撮像素子３１４の一実施形態を説明する図である。この固体撮像素子３１４は、誘電体積層膜を利用して電磁波を所定波長ごとに分光する波長分離の概念を採り入れた点に特徴を有する。ここでは、電磁波の一例である光を所定波長ごとに分光することを例に説明する。
【０１４１】
具体的には、本出願人が特願２００４−３５８１３９号にて提案している構成を利用したもので、固体撮像素子３１４の電磁波が入射する入射面側に、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、入射される光（電磁波）の内の本来の検知目的外である波長成分（本例では赤外光IR成分）を反射させ残り（本例では可視光VL成分）を通過させる特性を持った積層部材としての誘電体積層膜を利用した波長分離対応の構造を持つ分光イメージセンサ（分光検知部）としている。センサの基本構造そのものは、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型やその他の何れであってもよい。
【０１４２】
積層部材が持つ前述の特性は、逆に言えば、入射される光（電磁波）の内の本来の検知目的の波長成分（本例では可視光VL成分）を通過させ残り（本例では赤外光IR成分）を反射させる特性ということができる。
【０１４３】
可視光VLの検知部側に、可視光VLの検知に最適化された誘電体積層膜を利用した分光イメージセンサ構造を持つイメージセンサとしている。赤外光IRを誘電体積層膜を利用して光学的に排除し、可視光VLの検知部に入射した可視光VL成分だけの光電子だけを電気信号に変換するようにする。光路上で波長分離を行なうことなく、１つのイメージセンサ上の可視光検知画素（具体的にはＲ，Ｇ，Ｂの各色画素）に誘電体多層膜を利用した分光フィルタを一体的に形成し、赤外光検知画素には誘電体多層膜を利用した分光フィルタを形成しないことで、可視光像と赤外光画像とを独立かつ同時に取得できるようにしている。これにより、赤外光IRの影響を殆ど受けることなく、可視光像を赤外光画像とは独立に得ることができる。
【０１４４】
＜誘電体積層膜を利用した波長分離の概念＞
誘電体積層膜１は、図５（Ａ）に示すように、隣接する層間で屈折率ｎｊ（ｊは２以上の正の整数；以下同様）が異なり（屈折率差Δｎ）、所定の厚みｄｊを持つ層を複数積層した構造を有する積層部材である。これによって、後述するように、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持つようになる。
【０１４５】
誘電体積層膜１をなす各誘電体層１＿ｊの層数の数え方は、その両側の厚い層（第ｎ０層１＿０および第ｋ層１＿ｋ）を層数として数えずに、たとえば、第１層目から第ｋ層側に向けて順に数える。実質的には、両側の厚い層（第０層１＿０および第ｋ層１＿ｋ）を除いた基本層１＿１〜１＿ｎ（図ではｎ＝５）により、誘電体積層膜１が構成される。
【０１４６】
このような構造を持つ誘電体積層膜１に光を入射させると、誘電体積層膜１での干渉により、反射率（あるいは透過率）が波長λに対してある依存性を持つようになる。光の屈折率差Δｎが大きいほどその効果が強くなる。
【０１４７】
特に、この誘電体積層膜１が、周期的な構造や、ある条件（たとえば各層の厚みｄの条件ｄ〜λ／４ｎ）を持つことで、白色光などの入射光Ｌ１が入射すると、ある特定波長域の光（特定波長領域光）の反射率だけを効果的に高めて殆どを反射光成分Ｌ２にさせ、すなわち透過率を小さくさせて、かつ、それ以外の波長域の光の反射率を低くすることで殆どを透過光成分Ｌ３にさせる、すなわち、透過率を大きくさせることができる。
【０１４８】
ここで波長λは、ある波長域の中心波長であり、ｎはその層の屈折率である。本実施形態では、この誘電体積層膜１による反射率（あるいは透過率）の波長依存性を利用することで、分光フィルタ１０を実現する。
【０１４９】
図５（Ｂ）は、赤外光IR（InfraRed）と可視光VL（Visible Light ）とを分光する事例で示している。可視光VLよりも長波長側である赤外領域の波長λ（主に７８０ｎｍより長波長側）の赤外光IRに対して、高い反射率を持たせるような誘電体積層膜１を形成することで、赤外光IRをカットすることができる。
【０１５０】
なお、誘電体積層膜１をなす各誘電体層１＿ｊの部材（層材）は、複数の層で誘電体積層膜１を構成することから少なくとも２種となり、３層以上の場合には各誘電体層１＿ｊの何れもが異なる層材でなるものであってもよいし、２種（あるいはそれ以上）を交互にあるいは任意の順に積層したものであってもよい。また、誘電体積層膜１を、基本的な第１および第２の層材で構成しつつ、一部を第３（あるいはそれ以上）の層材に代えるようにしてもよい。以下、具体的に説明する。
【０１５１】
＜＜誘電体積層膜の設計手法；赤外光カットの例＞＞
＜厚みｄｊの設計手法＞
図６〜図８は、誘電体積層膜１を設計する手法の基本概念を説明する図である。ここでは、誘電体積層膜１を、基本的な第１および第２の層材で構成しつつ、赤外光IRを選択的に反射させるような設計例を述べる。
【０１５２】
図６にその構造図を示すように、本実施形態で用いる誘電体積層膜１は、両側（以下、光入射側を第０層、反対側を第ｋ層と称する）の厚い酸化シリコンＳｉＯ２（以下ＳｉＯ２と記す）に挟まれて、第１および第２の層材でなる複数の誘電体層１＿ｊが積層されて構成されている。図示した例では、誘電体層１＿ｊをなす第１および第２の層材として何れも一般的な材料を用いることとし、シリコンナイトライドＳｉ３Ｎ４（以下ＳｉＮと記す）を第１の層材、酸化シリコンＳｉＯ２を第２の層材とする２種を用いて、これらを交互に積層している。また、誘電体積層膜１の構造は、上下に十分に厚い酸化シリコンＳｉＯ２層がある場合（ｄ０＝ｄｋ＝∞）を仮定している。
【０１５３】
このような誘電体積層膜１は、下記式（１）の条件を満たすことで、反射率を有効に高くすることができる。
【０１５４】
【数１】
2007288549.tif 000003
【０１５５】
ここでｄｊ（ｊは層番号；以下同様）は、誘電体積層膜１を構成する各誘電体層１＿ｊの厚みであり、ｎｊは、その各誘電体層１＿ｊの屈折率であり、λ０は反射波長領域の中心波長（以下反射中心波長という）である。
【０１５６】
誘電体積層膜１をなす各誘電体層１＿ｊの層数の数え方は、その両側の厚い酸化シリコンＳｉＯ２を層数として数えずに、たとえば、第１層目から第ｋ層側に向けて順に、ＳｉＮ層／ＳｉＯ２層／ＳｉＮ層で３層、ＳｉＮ層／ＳｉＯ２層／ＳｉＮ層／ＳｉＯ２層／ＳｉＮ層で５層というように数える。図４では、７層構造を示している。
【０１５７】
また、反射波長領域である赤外光IRの反射中心波長λ０＝９００ｎｍとして、奇数番目の層をなすシリコンナイトライドＳｉＮの屈折率ｎα＝２．０３、０番目、偶数番目、およびｋ番目の層をなす酸化シリコンＳｉＯ２の屈折率ｎβ＝１．４６としており、屈折率差Δｎは、０．５７である。
【０１５８】
また、上記式（１）に従い、シリコンナイトライドＳｉＮの厚みｄα（＝ｄ１，ｄ３，…；ｊ＝奇数）は１１１ｎｍ、酸化シリコンＳｉＯ２層の厚みｄβ（＝ｄ２，ｄ４，…；ｊ＝偶数）は１５４ｎｍとしている。
【０１５９】
図７は、一般的な材料を用いた図６の構造について、層数を変えて、有効フレネル係数法で計算した反射率Ｒの結果（反射スペクトル図）を示し、これにより、反射スペクトルの層数依存特性が分かる。
【０１６０】
図７の結果から、層数が増えるに従い、赤外光IRの反射中心波長λ０＝９００ｎｍを中心に反射率Ｒが高くなっているのが分かる。さらに、このように波長９００ｎｍを反射中心波長λ０に選ぶことで、ほぼ赤外光IRと可視光VLを分けていることが分かる。ここでは、５層以上にすることで、反射率Ｒが０．５以上、特に、７層以上にすることで、反射率が０．７を超えて望ましいことが分かる。
【０１６１】
図８は、誘電体層１＿ｊの厚みの変動依存性（ばらつきとの関係）を説明する反射スペクトル図である。ここでは、７層の場合を例に、各誘電体層１＿ｊの厚みｄｊを±１０％変えて計算した結果（反射スペクトル図）を示している。
【０１６２】
条件式（１）は、フレネル係数法による理想的な計算値であるが、実際には式（１）の条件はゆるやかで幅がある。たとえば、±１０％の厚みｄｊの誤差があっても有効に反射率を高くできることがフレネル係数法による計算で分かった。
【０１６３】
たとえば、図７に示すように、厚みｄｊにばらつきの差があっても、有効に反射率Ｒを高くできることが分かった。たとえば、赤外光IRの反射中心波長λ０＝９００ｎｍにおいて反射率Ｒが０．５以上という十分な反射率Ｒが得られているし、赤外光IR全体（主に７８０ｎｍより長波長側）においても、反射が強いことが分かる。したがって、実際には、ばらつきも加味すれば、誘電体層１＿ｊの厚みｄｊは、下記式（２）の範囲であれば、反射率を有効に高くする上で、十分な効果が得られることになる。
【０１６４】
【数２】
2007288549.tif 000004
【０１６５】
＜反射中心波長λ０の設計手法＞
図９〜図１１は、反射中心波長λ０の条件を説明する図である。厚みｄｊの数値条件は、スペクトルの赤外反射領域のバンド幅ΔλIRに依存する。反射スペクトルの概念を示した図９（Ａ）のように、赤外反射領域のバンド幅ΔλIRが広い場合には長波長側に中心波長λ０を持っていかないと可視光VLでの反射が顕著になる。また反射スペクトルの概念を示した図９（Ｂ）のように、逆に赤外反射領域のバンド幅ΔλIRが狭い場合には、短波長側に中心波長λ０を持っていかないと可視光VLに近い赤外領域での反射が起こらなくなる。可視光VLと赤外光IRの波長分離性能が非常によい。
【０１６６】
ところで図３５に示したシリコンＳｉの吸収スペクトルのグラフから、赤外領域の内、０．７８μｍ≦λ≦０．９５μｍの範囲の赤外光IRを反射させれば、赤外カット効果として十分になることが分かる。これは、波長０．９５μｍより長波長側の光は殆どシリコンＳｉ内部で吸収されず、光電変換されないからである。したがって０．７８μｍ≦λ≦０．９５μｍの範囲の波長の赤外光IRを反射できるように反射中心波長λ０を選べばよいことになる。
【０１６７】
また、可視光VLでも、赤（Ｒ）領域の内、６４０〜７８０ｎｍの範囲の光は視感度が低いために反射されてもされなくても特に撮像素子の性能に影響はないと考えてよい。したがって６４０〜７８０ｎｍの波長領域に反射が生じていても不都合がない。
【０１６８】
さらに、赤外反射領域のバンド幅ΔλIRは、誘電体積層膜１の屈折率差Δｎが大きいときには広くなり、逆に屈折率差Δｎが小さいときには狭くなる。したがって、赤外反射領域のバンド幅λIRは、ＳｉＮ／ＳｉＯ２多層膜の場合には狭く、Ｓｉ／ＳｉＯ２多層膜の場合には広くなる。
【０１６９】
これらのことから、ＳｉＮ／ＳｉＯ２多層膜（屈折率差Δｎ＝０．５７）の場合には、図１０の反射スペクトル図に示す７８０ｎｍと９５０ｎｍの反射中心波長λ０の計算から、７８０ｎｍ≦λ０≦９５０ｎｍの範囲であれば、ほぼ上述の条件を満たすことが分かる。ところで、図１０は後述する図１５のような積層構造で、λ０＝７８０ｎｍとλ０＝９５０ｎｍになるように、誘電体層１＿ｊの膜厚ｄｊだけを変えて計算されたものである。
【０１７０】
また同様に、Ｓｉ／ＳｉＯ２多層膜（屈折率差Δｎ＝２．６４）の場合、図１１の反射スペクトル図に示すように９００ｎｍ≦λ０≦１１００ｎｍの範囲であれば、ほぼ上述の条件を満たす。
【０１７１】
以上のことから、シリコンナイトライドＳｉＮやシリコンＳｉと酸化シリコンＳｉＯ２の組合せにおいては、反射中心波長λ０としては、下記式（３−１）を満たせばよいことになる。好ましくは、下記式（３−２）を満たすのがよい。これらは、９００ｎｍ近傍を反射中心波長λ０とするのが理想的であることを意味する。
【０１７２】
【数３】
2007288549.tif 000005
【０１７３】
もちろん、上記で示した材料は一例に過ぎず、上述のような効果は必ずしも酸化シリコンＳｉＯ２とシリコンナイトライドＳｉＮ層の組み合わせに限ったことでなく、屈折率差が０．３以上、さらに望ましくは０．５以上あるような材料を選べば同様な効果があることが計算によって見積もられた。
【０１７４】
たとえばＳｉＮ膜は、作製条件によって多少の組成のばらつきがあってもよい。また、誘電体積層膜１を構成する誘電体層１＿ｊとしては、酸化シリコンＳｉＯ２やシリコンナイトライドＳｉＮの他、アルミナＡｌ２Ｏ３やジルコニアＺｒＯ２（屈折率２．０５）や酸化チタンＴｉＯ２（屈折率２．３〜２．５５）や酸化マグネシウムＭｇＯや酸化亜鉛ＺｎＯ（屈折率２．１）などの酸化物あるいはポリカーボネートＰＣ（屈折率１．５８）やアクリル樹脂ＰＭＭＡ（屈折率１．４９）などの高分子材料、炭化珪素ＳｉＣ（屈折率２．６５）やゲルマニウムＧｅ（屈折率４〜５．５）などの半導体材料も使用可能である。
【０１７５】
高分子材料を用いることで、従来のガラス製にはない特徴を持った分光フィルタ１０を構成することができる。すなわち、プラスチック製にすることができ、軽量で耐久性（高温、高湿、衝撃）に優れる。
【０１７６】
＜＜誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ＞＞
図１２〜図１６は、誘電体積層膜１を利用した固体撮像素子３１４への適用に好適な分光イメージセンサ１１の一実施形態を説明する図である。この分光イメージセンサ１１は、誘電体積層膜１を利用した分光フィルタ１０の基本的な設計手法を用いて構成されるものである。ここでは、赤外光IRを選択的に反射させるような誘電体積層膜１を半導体素子層上に形成することで、赤外光IRをカットして可視光VL成分を受光するようにした分光イメージセンサ１１の設計例を述べる。
【０１７７】
なお、分光イメージセンサ１１の基本構造は、分光フィルタ１０を半導体素子層の受光部上に形成したもので、これだけでは、単波長分波対応（つまりモノクロ画像撮像用）の分光イメージセンサ１１になるが、分光イメージセンサ１１の各受光部に対させて色分離フィルタの所定色（たとえばＲ，Ｇ，Ｂの何れか）を設けることで、カラー画像撮像対応となる。
【０１７８】
ここで、図６〜図８を用いて説明した誘電体積層膜１をシリコン（Ｓｉ）フォトディテクタなどの検知素子が形成された屈折率が誘電体積層膜１をなす各誘電体層１＿ｊよりも大きい半導体素子層上に作製するに当たっては、半導体素子層から誘電体積層膜１までの距離、すなわち第ｋ層の誘電体層１＿ｋをなす酸化シリコンＳｉＯ２層の厚みｄｋが重要である。
【０１７９】
これは図１２の構造図に示すように、たとえばシリコンＳｉ（屈折率４．１）でなる半導体素子層（フォトディテクタなど）の表面であるシリコン基板１＿ωの表面からの反射光Ｌ４との干渉効果によって、トータルな反射光ＬＲtotal のスペクトルが変化することを意味する。
【０１８０】
図１３は、トータルな反射光ＬＲtotal の、誘電体層１＿ｋをなす酸化シリコンＳｉＯ２層の厚みｄｋの変動依存性を説明する反射スペクトル図である。ここでは、図６に示した７層構造の誘電体積層膜１について、誘電体層１＿ｋの厚みｄｋを変えて計算した結果を示している。図１３内の各図において、横軸は波長λ（μｍ）で、縦軸は反射率Ｒである。
【０１８１】
図１３内の各図から分かるように、厚みｄｋ＝０．１５４μｍのとき、すなわち赤外光IRの反射中心波長λ０に対して、条件式（１）を満たす値のときに、反射スペクトルは殆ど影響を受けず、赤外光IR（波長λ≧７８０ｎｍ）を強く反射していることが分かる。それに対して厚みｄｋ＝０．３〜５０μｍまでのスペクトルには、厚みｄｋ＝∞の反射スペクトルに比べて別の振動が生じていることが分かる。それによって赤外での反射がディップ状に低下している波長域が存在するのが分かる。
【０１８２】
ただし、厚みｄｋ＝２．５μｍ以上になると、赤外でのディップの半値幅が３０ｎｍ以下になり、とりわけ厚みｄｋ＝５．０μｍ以上になるとその半値幅が２０ｎｍ以下となり、一般的なブロードな自然光に対して十分に半値幅が狭くなるので平均化された反射率となる。さらに、厚みｄｋ＝０．３〜１．０μｍのスペクトルに関しては、可視光VLでの反射率が高いことも分かる。これらのことから、望ましくは、厚みｄｋ＝０．１５４μｍ付近、すなわち条件式（１）を満たす値のときが最適であると言える。
【０１８３】
図１４は、誘電体層１＿ｋをなす酸化シリコンＳｉＯ２層の厚みｄｋの変動依存性を説明する反射スペクトル図であって、特に、厚みｄｋ＝０．１５４μｍ付近で、厚みｄｋの値を変えて計算した結果を示すものである。図１４内の各図において、横軸は波長λ（μｍ）で、縦軸は反射率Ｒである。
【０１８４】
この結果から分かるように、条件式（１）を満たす厚みｄｋ＝０．１５４μｍを中心として、厚みｄｋ＝０．１４〜０．１６μｍの範囲であれば、可視光VLでの反射が抑えられることが分かる。
【０１８５】
以上のことから、分光イメージセンサ１１の最適構造は、図１５の構造図に示すように、実質的には、第ｋ層の誘電体層１＿ｋを含めて８層構造の誘電体積層膜１Ａを有するものとなり、その反射スペクトルの計算結果は図１６に示す反射スペクトル図のようになる。言い換えると、誘電体積層膜１Ａは、シリコン基板１＿ω上に、第２の層材である酸化シリコンＳｉＯ２でなる層を４周期分設けた構造をなしている。
【０１８６】
＜＜製造プロセスの具体例＞＞
図１７は、上記実施形態で説明した積層膜を利用したセンサ構造の分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図である。この図１７は、赤外光IR用の受光部と可視光VL用の受光部とを備えた分光イメージセンサの製造プロセス例である。
【０１８７】
この構造の作製に当たっては、一般的なＣＣＤやＣＭＯＳ構造の回路をまず形成する（図１７（Ａ））。この後に、Ｓｉフォトダイオードの上にたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長法）などを用いてＳｉＯ２膜とＳｉＮを順次積層する（図１７（Ｂ））。
【０１８８】
この後、たとえば４つの画素の内１つだけをリソグラフィ技術やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などを用いてエッチングすることで、赤外光IR用の受光部に最下層のＳｉＯ２膜に達する開口部を設ける（図１７（Ｅ））。この赤外光IR用の受光部は、他の可視光カラー画像撮像用の色画素に対して補正画素としても使用される。
【０１８９】
この後、誘電体積層膜１などの保護のために、一部に開口部が設けられた誘電体積層膜１上にたとえば再度ＣＶＤなどを用いてＳｉＯ２膜を積層して平坦化する（図１７（Ｆ））。もちろん、このプロセスは必須ではない。
【０１９０】
なお、この際、可視光VL用の３つの画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ成分用）をエッチングしないように、赤外光IR用の受光部に開口部が設けられたフォトレジストを用いてもよい（図１７（Ｃ），（Ｄ））。この場合、誘電体積層膜１上にＳｉＯ２膜を積層する前に、フォトレジストを除去する必要がある（図１７（Ｄ）→（Ｅ））。
【０１９１】
また、図示を割愛するが、さらにその上に色フィルタやマイクロレンズを画素に対応するように形成する。この際、赤外光IR用の受光部にはたとえば黒フィルタを配し、可視光用の検知部には原色フィルタを配することで、黒フィルタの画素が赤外光を受光し、他の３色の画素が可視光の赤、緑、青色の３原色を受光するようにする。
【０１９２】
こうすることで、３原色可視光の画素の検知部上にはＳｉＮ層とＳｉＯ２層の誘電体多層膜が形成されるが、黒フィルタの画素の検知部上にはこの誘電体多層膜が形成されないこととなる。このような構造で作製された撮像素子を用いることで、３原色の可視光の像と赤外光の像を同時に撮像できる。
【０１９３】
さらに若干の赤外光IRが漏れて可視光VL用の光電変換素子（フォトダイオードなど）に入射する場合、全体に弱い赤外光カットフィルタを入れてもよい。たとえば５０％以下の赤外光カットフィルタを入れることで、可視光VLに対して殆ど問題のないレベルまでカットしても赤外光IR用の光電変換素子（フォトダイオードなど）では、赤外光IRが集光するので十分な感度となる。
【０１９４】
なお、このような製造プロセスでは、Ｓｉ基板表面近くまでエッチングする、すなわち赤外光IR用の受光部に最下層のＳｉＯ２膜に達する開口部を設けるため（図１７（Ｅ））、エッチングによるダメージが問題になることがある。この場合は、Ｓｉ基板直上のＳｉＯ２層の厚みｄを大きくしてダメージを低減することも可能である。
【０１９５】
ここでｄｋ＝２．５μｍ以上になると、図１３のように反射スペクトルの赤外光領域でのディップの半値幅が狭くなるので、一般的なブロードな自然光に対して平均化された反射率となるので、赤外光の反射が可能となる。したがって望ましくは第ｋ番目の誘電体層１＿ｋの厚みｄｋを２．５μｍ以上にするのがよい。さらに望ましくは、５μｍ以上の厚みにするとなおよい。
【０１９６】
また、シリコン基板１＿ω上に形成されるフォトダイオードや画素内アンプなどためのメタル配線、すなわち、単位信号生成部としての画素内アンプなどから単位信号としての画素信号を撮像部（検出領域）から読み出すための信号線をなす配線層をシリコン基板１＿ω直上に形成する場合、シリコン基板１＿ω直上に誘電体積層膜１を設けた構造よりは、シリコン基板１＿ω上である程度離したところに誘電体積層膜１を形成する、すなわちメタル配線より上側に誘電体積層膜１を形成することで、プロセスが容易になり、コストが低く抑えられるメリットが得られる。詳しくは後述するが、誘電体積層膜１をなす層数を増やすことで、ある程度よい結果が得られる。以下、メタル配線を考慮した分光イメージセンサについて説明する。
【０１９７】
＜＜誘電体積層膜を利用した分波イメージセンサ；変形例＞＞
図１８〜図２４は、誘電体積層膜１を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサ１１の変形例を説明する図である。この変形例は、図１２〜図１６にて説明した手法を基本として、メタル配線を考慮して、シリコン基板１＿ωよりある程度距離の離れた上側において、誘電体積層膜１をシリコン基板１＿ω上に、フォトダイオードなどの検知部と一体的に形成する点に特徴を有する。
【０１９８】
たとえば、図１８のように、ＣＭＯＳ構造を考えると、フォトダイオードなどの検知部が形成された半導体素子層上に配線層を１つ有し、その厚みが０．７μｍ程度ある場合において、フォトダイオードなどが形成されるシリコン基板１＿ωよりも略０．７μｍ上に多層膜構造を一体的に形成する場合、第１層目の配線層のプロセスの後に誘電体積層膜１を形成すればよい。こうすることで、厚みｄｋ≒０．７μｍを持つ第ｋ層内に配線層を設けることができる。
【０１９９】
また、図１９のように、半導体素子層上に配線層を３つ有し、それらの総厚みが３．２μｍ程度ある場合において、フォトダイオードなどが形成されるシリコン基板１＿ωよりも略３．２μｍ上に多層膜構造を一体的に形成する場合、最上である第３層目の配線層のプロセスの後に誘電体積層膜１を形成すればよいことになる。こうすることで、厚みｄｋ＝３．２μｍを持つ第ｋ層内に配線層を設けることができる。
【０２００】
ここで、“略３．２μｍ”と記載したのは、図示のように、本例では、シリコン基板１＿ω上に厚みが１０ｎｍ程度のＳｉＯ２層（δ層）を設け、その上に、厚みが６５ｎｍ程度のＳｉＮ層（γ層）を設けており、“３．２μｍ”は、これらγ，δ層を除くｋ層の厚さを意味するからである。
【０２０１】
色フィルタ１４やマイクロレンズなどは、この誘電体積層膜１を形成した後に形成すればよい。
【０２０２】
図２０および図２１は、このような分光イメージセンサ１１の積層構造の概念を示す図である。ここでは、基本層１＿１〜１＿ｎの他に、第ｋ層目の誘電体層１＿ｋとシリコン基板１＿ωとの間に、第３の層１＿γと第４の層１＿δとを備える構造を利用する。また、赤外光IRの反射中心波長λ０を８５２ｎｍにしている。
【０２０３】
たとえば、図２０では、７層構造を基本層としつつ、第ｋ層の誘電体層１＿ｋ（酸化シリコンＳｉＯ２層）とシリコンナイトライドＳｉＮ層１＿γと酸化シリコンＳｉＯ２層１＿δの３層分を持つ誘電体積層膜１Ｃをベースとして、第ｋ層の誘電体層１＿ｋの厚さを７００ｎｍにしている。また、第ｋ層目の酸化シリコンＳｉＯ２とシリコン基板１＿ωとの間に厚みｄγ＝６５ｎｍもしくは１００ｎｍの比較的薄いシリコンナイトライドＳｉＮ層１＿γを第３の層材として積層し、さらに、この追加した第３の層材とシリコン基板１＿ωとの間に、第３の層材よりも小さな屈折率をもつ第４の層材としての酸化シリコンＳｉＯ２層１＿δを厚みｄδ＝１０ｎｍで積層した誘電体積層膜１Ｃにしている。
【０２０４】
また、図２１では、基本となる誘電体積層膜１を９層構造としつつ、第ｋ層の誘電体層１＿ｋの厚さを７００ｎｍもしくは３．２μｍにしている。また、第ｋ層目の酸化シリコンＳｉＯ２とシリコン基板１＿ωとの間に厚みｄγ＝６５ｎｍの比較的薄いシリコンナイトライドＳｉＮ層１＿γを第３の層材として積層し、さらに、この追加した第３の層材とシリコン基板１＿ωとの間に、第３の層材よりも小さな屈折率をもつ第４の層材としての酸化シリコンＳｉＯ２層１＿δを厚みｄδ＝１０ｎｍで積層した誘電体積層膜１Ｃにしている。
【０２０５】
これらの反射スペクトルの計算結果は図２２〜図２４に示すようになる。図１８や図１９から分かるように、０．７μｍや３．２μｍほどシリコン基板１＿ωの上側に誘電体積層膜１を形成することで、配線プロセスが容易になる。なお、正確には、シリコン基板１＿ω直上には第４の層材であるＳｉＯ２層と第３の層材であるＳｉＮ層の順にそれぞれ１０ｎｍと６５ｎｍ（あるいは１００ｎｍ）の厚が存在するので、それより上側になる。
【０２０６】
ここではＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜とを有する誘電体積層膜１において、７層の場合と９層の場合を示したが、図２２から分かるように、シリコンナイトライドＳｉＮ層１＿γを過度に厚くすると、赤外光反射領域でのディップが大きく、結果として反射が大きく低下していることが分かる。加えて、第３の層材であるＳｉＮ層の厚さｄγが厚いと、可視光領域での反射が高くなる。これは、中間層として設ける第３の層材は、可視光領域内における反射を低減することを目的とするものであり、中間層として設けた誘電体層１＿γの厚みｄγは、薄い方には十分な余裕があるが、大きい方には余裕が少ないことによると考えられる。
【０２０７】
また図２３から分かるように、７層の場合に比べて９層まで多層構造の層数を増やすと、赤外光領域での反射率Ｒが０．９を超えるようになり、赤外光領域での反射性能をさらに向上させることができることが分かる。また図２４から分かるように、第ｋ番目の誘電体層１＿ｋの厚みｄｋが３．２μｍの７層構造では、赤外光反射領域でのディップが大きく、結果として反射が大きく低下していることが分かる。しかしながら、これも９層まで層数を増やすと、これらのディップが小さくなり、赤外光領域での反射性能をさらに向上させることができることが分かる。
【０２０８】
このように、従来の配線プロセスを行なった後に、誘電体積層膜１を形成する方が製造が容易となり、新たなプロセスの検討が不必要となりコスト的によい。すなわち図１８や図１９のようなＣＭＯＳ構造を作製することで、プロセスも容易にできて、かつ有効な効果が得られることになる。誘電体積層膜１を形成してから配線プロセスをすると、誘電体積層膜１の除去などを行なうなどプロセス的に困難になるのと大きな違いである。
【０２０９】
なお、上記の分光フィルタ１０の構造は、誘電体積層膜１を利用した基本構造を示したもののであり、その他の様々な変形が可能である。同様に、上記の分光イメージセンサ１１の構造は、誘電体積層膜１を利用した分光フィルタ１０をＣＭＯＳやＣＣＤなどの受光部上に形成する基本構造を示したもののであり、その他の様々な変形が可能である。たとえば、詳細は割愛するが、分光フィルタ１０や分光イメージセンサ１１の変形例としては、本願出願人が特願２００４−３５８１３９号にて提案しているように様々な構成を採用することができる。
【０２１０】
また、前述では、固体撮像素子３１４として、本願出願人が特願２００４−３５８１３９号にて提案した誘電体積層膜１を利用したものについて説明したが、本実施形態で使用し得る固体撮像素子は、このようなものに限らない。たとえば、本出願人が特願２００４−２５００４９号にて提案したような回折格子を利用して波長分離を実現する構成のものや、特許文献１に記載の仕組みと同様に、半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用して波長分離を実現する構成のものなど、様々なものを使用することができる。
【０２１１】
ただし、白色補正画素１２Ｗとして、赤外光成分をも検知する形態の素子とする場合、赤外光成分と可視光成分の分離性能も問題となり得る。この点においては、本願出願人が特願２００４−３５８１３９号にて提案しているように、第１の検知部の電磁波が入射する入射面側に、隣接する層間で屈折率が異なり所定の厚みを持つ層を複数積層した構造を有し、電磁波の内の所定の波長領域成分を反射させ残りを通過させる特性を持った積層部材が配されている構造の本来的に赤外光成分の抑制能力の高い素子とするのが好ましい。
【０２１２】
＜＜赤外光混入による問題点とその解決手法＞＞
以上のように、各種構造の固体撮像素子３１４の構成例について説明したが、その構成によっては、可視光成分に赤外光成分が混入して検知部に侵入してしまうことになって、可視光像を表わす信号強度に赤外信号が加算されてしまい、可視光カラー画像の色再現が悪化する問題を有する。
【０２１３】
たとえば、誘電体積層膜を利用した仕組みでは、赤外光と可視光の像を同時に取り入れることで高感度化や赤外通信機能など高機能化を達成できるものの、可視光であるＲＧＢ原色フィルタまたはＣｙＭｇＹｅ補色フィルタの画素では赤外光を完全に反射させないと赤外光が一部漏れて検知部に侵入してしまうことになり、信号強度に赤外信号が加算されて色再現が悪化することになる。
【０２１４】
したがって、色再現を考慮した場合、赤外光カットフィルタを用いることが効果的である。しかしながら、赤外光カットフィルタを用いると、コストが高くなるし、可視光での光もカットされるので感度が低下する。
【０２１５】
赤外光カットフィルタを用いない特許に関して特開２００１−６９５１９に近赤外領域の光を透過しないフィルタを備えた撮像素子を利用することが書かれているが、具体的なフィルタの材質や構造については書かれていない。また特開２０００−５９７９８に記載されている赤外カットフィルタの位置を切り替えること、特開２００３−７０００９に記載されているＲ−Ｙ信号の正負を検出し、赤外光の影響が大きくなるＲ−Ｙ信号が正の場合に補正を行なうことが提案されている。しかしながら装置が大掛かりになったり回路が大掛かりになったりすることでコストが高くなる欠点や、補正精度が十分でない、などの欠点を有する。
【０２１６】
そこで、赤外光の反射率を上げるために、赤外光カットフィルタを用いない誘電体積層膜を利用した分光イメージセンサとして、多層膜の層数を多くするか、または多層膜の各層の屈折率差を大きくする方法を採ることが考えられる。しかしながら、層数を増やす方法では、たとえば図６に示したようにＳｉＯ２層とＳｉＮ層の組合せの分光イメージセンサ１１とした場合、たとえば６周期１１層とした場合でも、図７に示したように、反射率は０．９程度であり、これでは可視光成分に赤外光の入射分が存在し色再現が悪化することとなる。反射率を１．０に近づけるためには、さらに層数を増やすことが考えられるが、この場合、同時に厚みも１μｍ以上に厚くなる。このような厚膜構造にすることは、多層膜の作製工程上困難が伴い、量産性において問題となる。
【０２１７】
また、屈折率差を大きく取ることとすれば、赤外領域での反射率を“１”程度に高くすることができるが、その反面、可視光領域での反射率が高くなり、可視光の光電変換効率が低下してしまい、感度低下の原因になる。
【０２１８】
また、斜め入射光による漏れが少なからず存在するので、互いに他方の漏れ成分の影響を受け、分離取得した可視光像は色再現性がその漏れ分だけ低下し、また赤外光画像にはその漏れ分の可視光像成分が現われてしまう懸念が存在する。
【０２１９】
つまり、誘電体積層膜を利用したセンサ構造とする場合、デバイスの厚さや受光感度や色再現性などの全てを最適にすることは難しく、全体のバランスを取った構造にせざるを得ず、結果として、赤外光成分の漏れによる色再現性が問題として残る。
【０２２０】
また、回折格子を利用した分光イメージセンサの場合、幅方向（図中のＸ方向）における波長による場所依存性を利用することで可視光と赤外光とを分離できるが、可視光と赤外光の境界付近では可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光（波長８８０ｎｍ）の分離が不完全であり、結果として、赤外光成分の漏れによる色再現性が問題として残る。逆に、赤外光画像に関しては、可視光成分の漏れによる影響が存在する。
【０２２１】
また、半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用した固体撮像素子の場合、可視光検知領域で得られる可視光成分には、従来技術にて説明したことから分かるように、赤外光IRが通過するときにある程度吸収を受けるために、その赤外光IRが可視光VLとして誤検知されるので、赤外光成分の影響を受ける。
【０２２２】
また、半導体の深さ方向における波長による吸収係数の違いを利用した構造の固体撮像素子を用いた場合、赤外光IRと可視光VLの内の赤色成分との境界近傍波長は互いに他方の吸収をある程度受けるので、赤外光撮像領域で得られる赤外光画像成分には、可視光帯の特に赤色成分の影響を受け得る。
【０２２３】
このような赤外光混入の問題点を解決するべく、本実施形態の撮像装置３００は、画像信号処理部３４０に赤外光抑制補正処理部３４２を備えることで、可視光を受光する検知領域における赤外光混入による色再現問題の解決を図るようにしている。こうすることで、光学的な波長分離手段（典型例は赤外光カットフィルタ）をイメージセンサの前に設けなくても信号処理によって可視光領域に対しての不要成分である赤外光を抑制・除去できる。赤外光の漏れが可視光検知部の検知結果に存在しても、その不要な赤外光の成分を信号処理により抑制・除去できるので、十分な色再現性の可視光カラー画像を取得できる撮像装置の実現に際し、イメージセンサの使用範囲が広くなる。以下、その手法について、具体的に説明する。
【０２２４】
＜色分離フィルタ配列＞
図２５は、補正演算により可視光カラー画像と赤外光画像をそれぞれ独立に求めることを常時可能にするとともに、高感度の色画像信号を取得することができるようにする色分離フィルタ配置の具体例を示す図である。この具体例は、可視光カラー画像に対する補正用の検知領域として、赤外光とともに可視光の全波長成分をも受光・検知する検知領域を設ける点に特徴を有する。
【０２２５】
図２５（Ａ）に示すように、いわゆるベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列の基本形のカラーフィルタを利用しており、先ず、正方格子状に配された単位画素が赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が２画素×２画素で配されて画素部を構成するようにする。また、赤外光とともに可視光の全波長成分を受光・検知する検知部（検知領域）を設けるべく、２つの緑（Ｇ）のうちの一方を白色フィルタＷに置き換える。つまり、可視光カラー画像用に原色フィルタＲ，Ｇ，Ｂの３つの波長領域（色成分）用のものと、原色フィルタＲ，Ｇ，Ｂの成分とは異なる赤外光用の白色フィルタＷといった別個のフィルタ特性を有する４種類の色フィルタを規則的に配設している。
【０２２６】
なお、白色フィルタＷが配される白色補正画素は、可視光から赤外光（特に近赤外光）までの全波長の成分を通過させるものであり、この点においては、事実上、カラーフィルタを設けない構成を採ることができる。
【０２２７】
たとえば、偶数行奇数列には第１のカラー（赤；Ｒ）を感知するための第１のカラー画素を配し、奇数行奇数列には第２のカラー（緑；Ｇ）を感知するための第２のカラー画素を配し、奇数行偶数列には第３のカラー（青；Ｂ）を感知するための第３のカラー画素を配し、偶数行偶数列には赤外光IRを感知するための第４のカラー画素（ここでは白画素）を配しており、行ごとに異なったＧ／Ｂ、またはＲ／Ｗの画素が市松模様状に配置されている。このようなベイヤ配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、Ｇ／ＢまたはＲ／Ｗの２色が２つごとに繰り返される。
【０２２８】
原色フィルタＲ，Ｇ，Ｂを通して対応する検知部で検知することで可視光カラー画像を撮像できるとともに、白色フィルタＷを通して対応する検知部で検知することで赤外光画像、もしくは赤外光と可視光の混在画像を可視光カラー画像とは独立かつ同時に撮像することができる。
【０２２９】
たとえば、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光する画素１２IR（事実上、高感度画素１２HS）からの画素データをそのまま用いることで、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像を得ることができ、感度を高くすることができる。また、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像とともに可視光VLの像が得られるが、両者の差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。また、この白色フィルタＷを配した画素から得られる混在画像信号は、原色フィルタＲ，Ｇ，Ｂを配した画素から得られる可視光カラー画像に対しての補正信号としても利用する。
【０２３０】
なお、本実施形態における補正信号の使用目的としては、各信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、信号成分ＳIR（＝ＳHS）を使って、赤外光領域の成分の影響を排除するような赤外光抑制補正と、各信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、信号成分ＳIR（＝ＳHS）を使って、より高感度な信号となるように高感度化補正する、２つが存在する。
【０２３１】
図２６〜図２８は、図５１に示した色分離フィルタの配置を持ち、赤外光IRのみと可視光VLの２つの波長成分を同時に像として別々に撮像できるとともに高感度画像を取得できるようにしたＣＣＤ固体撮像素子を説明する図である。ここで、図２６は、構造例を示す見取り図（斜視図）である。また、図２８は、基板表面付近の断面構造図である。なおここでは、誘電体積層膜を利用したＣＣＤ固体撮像素子１０１への適用事例で示している。
【０２３２】
図２６や図２７に示すＣＣＤ固体撮像素子１０１の構造においては、４画素でなる単位画素マトリクス１２だけを示しているが、実際にはこれを横方向に繰り返し、それをさらに縦方向に繰り返した構造である。
【０２３３】
ここで、図２６に示す第１の構成例においては、単位画素マトリクス１２をなす周期配列の４画素の内、１つの画素１２IR上には誘電体積層膜１が形成されていないし色フィルタ１４が設けられておらず、色フィルタ１４を通さずに赤外光IRを受光するようになっている。この場合、画素１２IRでは、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光できるようになる。この色フィルタ１４が設けられていない画素１２IRを、特に白色補正画素１２Ｗあるいは全域通過画素と呼ぶ。
【０２３４】
なお、図２７に示す第２の構成例のように、白色補正画素１２Ｗの赤色成分、緑色成分、および青色成分のホワイトバランスがとれるように、白色補正画素１２Ｗの電磁波（光）の入射側にホワイトバランス用の色フィルタ１４WBを配置させるようにしてもよい。
【０２３５】
このように、誘電体積層膜１を形成しなかった画素１２IR（白色補正画素１２Ｗ）において、赤外光IRだけでなく可視光VLも同時に信号に寄与するように、白色補正画素１２Ｗについては、色フィルタ１４を入れない。こうすることで、実質的に、赤外光用の画素１２IRを、赤外光IR用のみでなく、赤外光IR用と可視光VL用を兼ねる画素として機能させることができる。
【０２３６】
一方、他の３つの画素１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ上には誘電体積層膜１が形成され、さらにその上に原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが設けられていて、原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通して可視光VLの内の対応する青色Ｂ、緑色Ｇ、および赤色Ｒの３原色を受光するようにしている。つまり、誘電体積層膜を３原色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせている。
【０２３７】
また基板表面付近の断面構造図を示した図２８では、可視光VLのみを受光する画素を示している。赤外光IRを受光する画素１２IRは、誘電体積層膜１がなく白色フィルタ１４Ｗが設けられる。すなわち、図１７で説明した作製プロセス工程のように誘電体積層膜を図１５に示した構造でＣＶＤ法でＳｉＮ層とＳｉＯ２層を順次積層した後、リソグラフィ技術とＲＩＥ法によって赤外光IRを受光する画素のみにおいて除去する。その後、再びＳｉＯ２層を積層して平坦化した。
【０２３８】
このような構造で作製された撮像素子を用いることで、３原色成分に基づく可視光カラー画像と、赤外光IRのみの像または赤外光IRと可視光VLの混合の像を同時に撮像できることが分かった。また、高感度画素１２HSで得られる高感度信号を利用して３原色成分の信号に補正を加えることで高感度対応の３原色信号を取得できることが分かった。ただし、可視光カラー画像は、赤外光の漏れによる色再現性の低下の懸念があるので赤外光の漏れ成分を補正することが望ましいことも分かった。以下、これらの補正演算について説明する。
【０２３９】
なお、本実施形態における補正信号の使用目的としては、各信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、信号成分ＳIR（＝ＳHS）を使って、赤外光領域の成分の影響を排除するような赤外光抑制補正と、各信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、信号成分ＳIR（＝ＳHS）を使って、より高感度な信号となるように高感度化補正する、２つの補正が存在する。
【０２４０】
＜＜補正手法＞＞
＜赤外光抑制補正処理＞
図２９および図３０は、赤外光成分の補正手法（赤外光抑制補正処理）を説明する図である。ここで、図２９は、補正演算で用いる係数の設定手法を説明する図である。また、図３０は、本例において用いる色フィルタ１４の特性例を示す図である。
【０２４１】
色フィルタ１４が配されていない白色補正画素１２Ｗを設けることで、撮像素子に入射してくる赤外光IRと可視光の合成成分を示す信号値ＳＷとして画素１２IR（＝高感度画素１２HS）により測定できる。
【０２４２】
なお、図２９では、白色フィルタの透過特性を可視光帯と赤外光帯とで等しいものとして示しているが、このことは必須ではなく、可視光帯の透過強度よりも赤外光帯の透過強度が低下していてもよい。可視光帯の全波長成分を十分な強度で透過させることができるとともに、赤外光帯では、Ｒ，Ｇ，Ｂの原色フィルタの透過強度に比べて十分な強さで透過させる特性を持っていればよいのである。
【０２４３】
さらに、その白色補正画素１２Ｗから得られる赤外光成分に係数を掛けたものを各３原色または補色の光の信号から引くことで加算された赤外信号（赤外成分の信号）をカットできる。これによって赤外光がある状況下でも色再現の良い画像を取得できる。
【０２４４】
ただし、白色補正画素１２Ｗから得られる信号値ＳＷには、赤外光成分IRだけでなく可視光成分VLも含まれるので、可視光成分VLの信号強度ＳVLを排除した赤外光の信号強度ＳIRを見積もる必要がある。
【０２４５】
具体的には、先ず、可視光カラー画像撮像用の色フィルタ１４として、可視光VL（波長λ＝３８０〜７８０ｎｍ）の３原色である青色成分Ｂ（たとえば波長λ＝４００〜５００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）、緑色成分Ｇ（たとえば波長λ＝５００〜６００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）、赤色成分Ｒ（たとえば波長λ＝６００〜７００ｎｍで透過率が略１、その他で略ゼロ）を中心とする原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを用いる。
【０２４６】
なお、透過率が“略１”であるとは、理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに大きいものであればよい。一部に“１”でない透過率”があってもよい。また、透過率が“略ゼロ”であるについても、同様に理想的な状態をいったものであり、その波長領域での透過率がその他の波長領域での透過率よりも遙かに小さいものであればよい。一部に“ゼロ”でない透過率”があってもよい。
【０２４７】
また、通過波長領域成分である可視光VL領域の内の所定色（原色もしくは補色）の波長領域成分を通過させるものであればよく、反射波長領域成分である赤外光IR領域を通過させるか否かすなわち赤外光IRに対する透過率は不問である。誘電体積層膜１によって赤外光IR成分をカットするからである。
【０２４８】
一例として、図３０（Ａ）に示すような分光感度特性のものを用いることができる。これは、現在一般的に使用されている色フィルタのものである。波長３８０ｎｍ〜５４０ｎｍ程度を青色波長領域とし、波長４２０ｎｍ〜６２０ｎｍ程度を緑色波長領域とし、波長５６０ｎｍ〜７８０ｎｍを赤色波長領域とし、色別の波長領域におけるピーク波長の分光感度が少しずつ異なるような感度特性としている。
【０２４９】
あるいは、図３０（Ｂ）に示すように、波長３８０ｎｍ〜５４０ｎｍ程度を青色波長領域とし、波長４２０ｎｍ〜６２０ｎｍ程度を緑色波長領域とし、波長５６０ｎｍ〜７８０ｎｍを赤色波長領域とし、色別の波長領域におけるピーク波長の分光感度が概ね同じような感度特性とすることもできる。
【０２５０】
この図３０から分かるように、緑色Ｇの感度曲線は、６４０ｎｍより長波長の光に対しても感度を持つことになる。このことは６４０ｎｍより長波長の光が入射したときには色再現性が悪くなることを意味する。同様のことは、他の色（Ｒ，Ｂ）についても言え、赤外光領域の光に対しても感度を持ち、このことは赤外光が入射したときには色再現性が悪くなることを意味する。
【０２５１】
ここで先ず、赤外光抑制補正処理部３４２における赤外光抑制補正処理では、可視光カラー画像を表わす各原色信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、赤外光画像を表わす赤外光信号成分ＳIR（赤外光の測定信号強度）を使って補正することにより、赤外光成分の影響を排除した、可視光成分（第１の波長領域の成分）に関わる可視光カラー画像を再現するための補正済み原色信号ＳＲ＊，ＳＧ＊，ＳＢ＊、すなわち本来の可視光波長領域における各色信号成分のみの正確な色信号強度を取得する。
【０２５２】
この補正演算に当たっては、下記式（４−１）のように、本来の可視光波長領域における各色信号成分に赤外光の漏れ信号成分が加わった原色信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢから、赤外光信号成分ＳIRに所定の係数αＲ，αＧ，αＢを掛けた補正信号成分を減算することで、赤外光（第２の波長領域）の漏れ成分の影響を排除した補正済み原色信号ＳＲ＊，ＳＧ＊，ＳＢ＊を取得する。
【０２５３】
なお、赤外光成分を低減するための赤外光カットフィルタを設けた場合との比較においては、赤外光カットフィルタを設けない場合には、可視光カラー画像用の３原色信号成分が大きくなるので、同等の信号レベルにするには、さらに下記式（４−２）のように、赤外光信号成分ＳIRに係数εＲ，εＧ，εＢと原色信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢとを掛けた非線形な補正信号成分をさらに減算するとよい。つまり、色信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢに対して予め赤外光信号成分ＳIRに所定の係数εＲ，εＧ，εＢを掛けた値で非線形に感度補正を加えておき、この感度補正が加えられたものから赤外光信号成分ＳIRに所定の係数αＲ，αＧ，αＢを掛けた補正信号成分を減算するとよい。
【０２５４】
負の係数εＲ，εＧ，εＢと考えれば、事実上、第２の検知部で検知された赤外光成分と第１の検知部で検知された本来の画素信号との積に負の係数εＲ，εＧ，εＢを掛けた非線形の信号成分を加算することにより補正を行なうことになる。
【０２５５】
こうすることで、赤外光の漏れ成分の影響を排除した、可視光成分（第１の波長領域の成分）に関わる可視光カラー画像を再現するための、本来の可視光波長領域における各色信号成分のみの各補正色信号ＳＲ＊＊，ＳＧ＊＊，ＳＢ＊＊をさらに精度よく取得できる。なお、この式（４−２）に従った補正は、３原色信号成分の全てに対して行なう必要はなく、特に輝度信号への影響度合いの強い緑色信号成分に対してのみ行なうようにしてもよい。
【０２５６】
【数４】
2007288549.tif 000006
【０２５７】
なお、係数αＲ，αＧ，αＢの設定に当たっては、赤外光の漏込み成分を十分に抑制できるようにすることが肝要である。ここで、赤外光の漏込み成分は、光源に含まれる赤外光波長領域の強度にも依存することになる。
【０２５８】
ここで赤外光信号成分ＳIRは、図２９からも分かるように、白色補正画素１２Ｗで取得される信号値ＳＷの内、主に赤外光成分IRの信号強度を表す。よって、白色補正画素１２Ｗで取得される可視光成分の信号値ＳVLとの間には、下記式（５）が成立する。なお、ここでの赤外光成分IRとは、図３０（Ａ）に示した色分離フィルタの分光感度曲線から、Ｇ成分の６４０ｎｍ付近より長波長側の光を遮断したいことから、主に６４０ｎｍより長波長の光を指すこととする。一般的には、赤外光の定義は眼に見えない光ということで、７８０ｎｍより長波長であるが、ここではこのように定義する。
【０２５９】
【数５】
2007288549.tif 000007
【０２６０】
一方、赤外光IRまたは可視光VLの光量は被写体側と撮像側において比例関係にある。すなわち被写体側で増加すれば撮像側でもそれに比例して増加する。したがって、図３０（Ａ）のような関係になる。
【０２６１】
たとえば、白色フィルタ（色フィルタ１４が配されない場合も含む）を透過した可視光VLの光量は原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂで透過した可視光の光量に各係数を掛けたものの和に等しいと考えることができるので、白色フィルタで透過した可視光成分VLの信号強度ＳVLは原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂで透過した可視光成分の補正済み原色信号強度ＳＲ＊，ＳＧ＊，ＳＢ＊に各係数βＲ，βＧ，βＢを掛けたものの和にほぼ等しく、下記式（６）のように表わすことができる。
【０２６２】
【数６】
2007288549.tif 000008
【０２６３】
したがって、白色フィルタを透過する赤外光成分の信号強度ＳIRは、下記式（７−１）のように表わすことができる。さらに、式（４−１）を式（７−１）に代入すると、式（７−２）のように表わすことができる。これをさらに赤外光成分IRについてまとめると、式（７−３）のように表わすことができる。
【０２６４】
【数７】
2007288549.tif 000009
【０２６５】
ここで、白色補正画素で得られる信号成分ＳＷ、原色フィルタ画素で得られる信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢに着目して、それぞれの係数をγＷ，γＲ，γＧ，γＢとすると、係数γＷ，γＲ，γＧ，γＢは下記式（８−１）〜（８−４）のように表わすことができ、この係数γＷ，γＲ，γＧ，γＢを使うことで、式（７−３）を式（８−５）と書き換えることができる。
【０２６６】
つまり、画像信号処理部３４０は、第２の検知部としての白色補正画素１２Ｗから得られる信号値ＳＷに対して、原色フィルタ画素で得られる信号成分ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを使って補正することで、第１の波長領域の成分としての可視光成分（青成分〜赤成分）を排除した第２の波長領域の成分としての赤外光成分IRのみの信号強度ＳIRを見積もることができる。
【０２６７】
なお、白色補正画素１２Ｗから得られる信号値ＳＷ（輝度値）を下記式（８−６）のように、第１の波長領域の成分（可視光成分）を排除した第２の波長領域の成分（赤外光成分）のみの補正後の信号強度ＳIRを使って正し、補正後の値を式（７−１）のＳＷに置き換えてもよい。こうすることで、白色補正画素１２Ｗが赤外光成分をも検知するようにするときに、白色補正画素１２Ｗに含まれる赤外光成分の影響を抑制することができる利点がある。
【０２６８】
【数８】
2007288549.tif 000010
【０２６９】
なお、係数γＲ，γＧ，γＢの設定に当たっては、係数αＲ，αＧ，αＢと係数βＲ，βＧ，βＢとの関わりを持つ。係数αＲ，αＧ，αＢに関しては、前述の通りである。係数βＲ，βＧ，βＢに関しては、白色フィルタ（色フィルタ１４が配されない場合も含む）を透過した可視光VLの光量と、原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂで透過した可視光の光量に各係数βＲ，βＧ，βＢを掛けたものの和との対応関係から設定することになる。たとえば、各係数α，β，γは、ニュートン法を用いて誤差が小さくなるように算術計算で求める。
【０２７０】
一般的には、図２９に示すように、原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの可視光領域における透過特性が概ね同様の形状をしている場合には、βＲ：βＧ：βＢ＝３：６：１とすればよい。
【０２７１】
このようにして、４種類の色フィルタの各画素の出力、詳しくは３種類の原色フィルタが配された画素と白色フィルタ１４Ｗを配した（事実上色フィルタを配さない）画素の各出力をマトリクス演算することにより、可視光カラー画像および近赤外光画像をそれぞれ独立に求めることができる。
【０２７２】
すなわち、フォトダイオードなどの撮像素子の各画素に、別個の波長通過特性（フィルタ特性）を有する４種類の色フィルタを配設し、４種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することで、近赤外光の影響をほぼ全く受けない可視光カラー画像を形成するための３原色出力と、赤外光と可視光とを混在させた合成画像もしくは白色補正画素１２Ｗから得られる混在成分と可視光成分との合成処理（詳しくは差分処理）により、可視光の影響をほぼ全く受けない赤外光のみの画像を、それぞれ独立かつ同時に取得することができる。
【０２７３】
たとえば、赤外光IRと可視光VLの混合成分を受光する画素１２IRからの画素データをそのまま用いることで、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像を得ることができ、感度を高くすることができる。また、赤外光IRと可視光VLの混合成分の像とともに可視光VLの像が得られるが、両者の差分を取ることで、赤外光IRのみの像が得られる。
【０２７４】
また、同じ撮像素子において、フォトダイオード上に一体的に形成された誘電体積層膜１の一部を、部分的に誘電体積層膜１を形成しないようにするので、部分的に誘電体積層膜１が形成されていない誘電体積層膜１をもつ別個の光学部材を撮像素子の前面に配設する場合とは異なり、位置合せの問題が起きない。
【０２７５】
特に、可視光カラー画像に関しては、赤外光の漏れによる色再現の悪さを演算処理にて補正することで、暗所で感度の高く、かつ色再現の良好な撮像が可能になる。赤外光に近い赤色の信号成分が大きくなる現象や映像の赤い部分で輝度が高くなる現象を緩和することもでき、特別な撮像素子や機構を用いなくても、低コストで色再現性の向上と低照度時の感度アップのバランスを取ることができる。
【０２７６】
たとえば白色補正画素１２Ｗから得られる信号ＳＷには、赤外光成分だけでなく可視光成分も含まれるので、この可視光成分の信号ＳVLを使って、可視光カラー画像撮像用の原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが配された画素に基づき得られる輝度信号に補正を加える（実際には加算演算処理を行なう）ことで、色再現性とは独立して、可視光カラー画像の高感度化を図ることもできる。
【０２７７】
図２５のようにＲ，Ｇ，Ｂの原色フィルタの画素に加えて白色フィルタの画素（白色補正画素１２Ｗ）を加えることによって赤外光の信号を得るが、白色補正画素１２Ｗは、可視光カラー画像に対する補正という点においては、必ずしも赤外光画像を撮像するに十分な配置形態にする必要はなく、図２５に示す配置例に限らず、任意のところに置いてもよい。たとえば素子の角のほうに所々入れてもよいし、または画素配列全体に周期的に入れてもよい。特に、被写体表面の赤外光の反射率がその被写体の部分によって変化するような場合には、画素配列全体に周期的に入れることで補正が適切に行なえることになる。
【０２７８】
このように、白色補正画素１２Ｗと誘電体積層膜１を組み合わせることで、効果的に可視光の画素の信号に足された赤外光の信号を取り除くことができ、硝子製の赤外光カットフィルタを使用しなくても、色再現性の良好な可視光カラー画像を取得することができる。硝子製の赤外光カットフィルタを使用しないので、コストのメリットがあるし、可視光の透過率も高く高感度化が達成される。
【０２７９】
誘電体積層膜１を利用した場合の赤外光の漏れによる色再現の悪さについては、白色補正画素１２Ｗにより実測した赤外光成分を含む信号から赤外光成分を見積もり、この見積もった赤外光成分を使って演算処理により補正するので、暗所で感度の高くかつ色再現の良い撮像が可能になり、また補正のための構成が簡単であるし（ただし、赤外光成分を見積もる分だけ第１具体例よりは複雑にはなる）、見積もった赤外光成分は事実上実測した赤外光成分となるので補正精度が良好である。
【０２８０】
ところで、白色補正画素１２Ｗは、可視光VLから赤外光IRまで広い波長領域において感度があるので、可視光カラー画像撮像用の画素（ここでは原色フィルタが配された原色画素）に比べて信号が飽和し易く、特に明るい環境下での撮像においては、この飽和現象が問題となり得る。具体的には、明るい環境下では、適正な赤外光画像を取得できないし、可視光カラー画像に対する補正が不適切になり得る。
【０２８１】
この飽和の問題を解消するには、たとえば、明るい環境下での撮像においては、シャッタ機能（メカシャッタに限らず電子シャッタを含む）を利用した露光制御を用いて、高速で撮像するようにするとよい。たとえば、撮像素子に対して短い周期で露光を行なって、その撮像素子（詳しくは検知部）から画素信号を読み出して、それを撮像信号処理部３３０の前処理部３３２に送ってもよい。
【０２８２】
この場合、たとえば６０フレーム／秒より高いレートで露光と信号読出し行なうことで飽和に対して効果が高まる。あるいは単に０．０１６６７秒より短い時間（蓄積時間）で信号読出し行なうことができればよい。この場合、たとえば、オーバーフローを用いて基板側に電荷信号を排出することで実効的に短い時間での電荷の蓄積を読み出してもよい。
【０２８３】
さらに望ましくは２４０フレーム／秒より高いレートで露光と信号読出し行なうことで飽和に対しての効果をさらに向上させることができる。あるいは単に４．１６ミリ秒より短い時間（蓄積時間）で信号読出し行なうことができればよい。
【０２８４】
なお、このように飽和しないように短い時間（蓄積時間）で電荷を読み出す対象画素は、白色補正画素１２Ｗのみとしてもよいし、可視光カラー画像撮像用の他の画素（ここでは原色フィルタが配された原色画素）を含む全画素としてもよい。
【０２８５】
また、さらに短い露光時間で読み取った信号を２回以上積算することで、暗部における弱い信号を強い信号に変換し、Ｓ／Ｎ比を高めてもよい。たとえば、このようにすることで、暗い環境下で撮像しても、また明るい環境下で撮像しても適切な感度と高いＳ／Ｎ比が得られ、ダイナミックレンジが広がることになる。つまり、高速で撮像することで白色補正画素１２Ｗでの飽和が起き難くなるとともに、信号を積算することで広いダイナミックレンジがとれるようになる。
【０２８６】
なお、上記例では、可視光カラー画像撮像用の色フィルタ１４として、原色フィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを用いていたが、補色フィルタＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅを用いることもできる。この場合たとえば、図２５（Ｂ）に示すように、原色フィルタ１４ＲをイエローＹｅに、原色フィルタ１４ＧをマゼンタＭｇに、原色フィルタ１４ＢをシアンＣｙに、それぞれ置き換えた配置とするとよい。そして、対角に２つ存在することになるマゼンタＭｇの一方に、補正画素としての白色フィルタＷを配する。
【０２８７】
白色フィルタが配される画素を除く画素１２Ｃｙ，１２Ｍｇ，１２Ｙｅ上には誘電体積層膜１が形成され、さらにその上に、補色フィルタ１４Ｃｙ，１４Ｍｇ，１４Ｙｅが設けられ、補色フィルタ１４Ｃｙ，１４Ｍｇ，１４Ｙｅを通して可視光VLの内の対応するシアンＣｙ、マゼンタＭｇ、およびイエローＹｅの各色を受光するようにする。つまり、誘電体積層膜を補色系のカラーフィルタのある画素の検知部上に形成することで、赤外光を効果的にカットできる機能を持たせる。
【０２８８】
また、Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅの補色フィルタのみの組合せに限らず、原色フィルタの１つである緑色フィルタＧを補色フィルタと組み合せたものに対しても、補正画素をなす白色フィルタＷの画素を設けることもできる。たとえば、図２５（Ｃ）に示すように、Ｃｙ，Ｍｇの２つの補色フィルタとＧの原色フィルタとを組み合わせたフィールド蓄積周波数インターリーブ方式用のものにおいて、４画素内に２つ存在する原色フィルタＧの内の一方を補正画素としての白色フィルタＷに置き換えるとよい。
【０２８９】
これら補色フィルタを用いる場合の補正演算に当たっては、下記式（９）のように、本来の可視光波長領域における各色信号成分に赤外光の漏れ信号成分が加わった色信号成分ＳＣｙ，ＳＭｇ，ＳＹｅ，ＳＧから、赤外光信号成分ＳIRに所定の係数αCy，αMg，αYe，αＧを掛けた補正信号成分を減算するのがよい。こうすることで、赤外光（第２の波長領域）の漏れ成分の影響を排除した、可視光成分（第１の波長領域の成分）に関わる可視光カラー画像を再現するための、本来の可視光波長領域における各色信号成分のみの各補正色信号ＳＣｙ＊，ＳＭｇ＊，ＳＹｅ＊，ＳＧ＊を取得できる。
【０２９０】
【数９】
2007288549.tif 000011
【０２９１】
また、その際の赤外光成分ＳIRは、式（８−５）から推測されるように、下記式（１０）のように置き換えるとよい。なお、式（１０）中において、Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅ，Ｇの各成分は、実際に使用する色フィルタに応じて適用され、必ずしも全色の成分が必要になると言うことではなく、たとえば、図２５（Ｂ）に示す色フィルタ配置であればＧ成分をゼロに、また図２５（Ｃ）に示す色フィルタ配置であればＭｇ成分をゼロにする。
【０２９２】
【数１０】
2007288549.tif 000012
【０２９３】
＜高感度化補正処理＞
一方、高感度化信号処理部３４１における高感度化補正処理（高感度化アルゴリズム）では、光の利用効率が高く、すなわち感度の高い白色補正画素１２Ｗを用いることで高感度化を達成する。しかしながら、感度の高い画素は色に関する情報が少ないか、全くない。そこで、白色補正画素１２Ｗの輝度値ＳＷを、赤成分ＲHS，緑成分ＧHS，青成分ＢHSに分配することを考えてみる。一例として、分配式を下記式（１１）のように与えることにする。
【０２９４】
【数１１】
2007288549.tif 000013
【０２９５】
一方、色フィルタＣ１〜Ｃ３を通して得られる感度の低い可視光画素Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれの輝度値の色情報が存在する。つまり、色信号ＳＲ，ＳＧ，ＳＢは、色画像Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度値を示す。この輝度値ＳＲ，ＳＧ，ＳＢから測光量（または全光量）である式（１２−１）に従って輝度信号Ｙに変換することができる。
【０２９６】
ここで、色バランス係数ｋ（ｋＲ，ｋＧ，ｋＢ）は、予め設定されている値である。たとえば、大田登著「色彩工学」（東京電機大学出版局）のｐ７０から、ｋＲ＝１．００００，ｋＧ＝４．５９０７，ｋＢ＝０．６０１とすることで、式（１２−２）に従って信号Ｙに変換することができる。
【０２９７】
なお、色バランス係数ｋの値は、基本的には輝度値として輝度変化に相関がある値を算出することができればよい。たとえば、白色光を入射して白色補正画素１２ＷのＲHS成分、ＧHS成分、ＢHS成分の比に一致するように、ｋＲ＝ＲHS／Ｗ，ｋＲ＝ＧHS／Ｗ，ｋＲ＝ＢHS／Ｗとして色バランス係数ｋを求めてもよい。こうすることで、Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色フィルタの特性やそのバラツキに関係なく、係数を容易に求めることができる。
【０２９８】
また、図３０（Ｂ）に示すように、色別の波長領域におけるピーク波長の分光感度が概ね同じような感度特性を持っている場合には、ｋＲ＝ｋＧ＝ｋＢとしてもよく、この場合、その値を１／３とすればよい。この場合、式（１２−３）に従って輝度信号Ｙに変換することができる。
【０２９９】
【数１２】
2007288549.tif 000014
【０３００】
このように、色フィルタＣ１〜Ｃ３を通して得られる感度の低い色信号ＳＲ，ＳＧ，ＳＢから測光量（または全光量）を示す輝度信号Ｙを演算で求めることができる。
【０３０１】
さらに、色信号ＳＲ，ＳＧ，ＳＢの輝度値の測光量（または全光量）に対する各比率は、式（１３）のように表すことができる。
【０３０２】
【数１３】
2007288549.tif 000015
【０３０３】
したがって、式（１４）に示すように、式（１３）で与えられる比率に、白画素信号Ｗを掛けた結果が、感度補正済の色信号ＲHS，ＧHS，ＢHSとなる。
【０３０４】
【数１４】
2007288549.tif 000016
【０３０５】
この式（１４）を用いることで、白色補正画素１２Ｗの輝度値を比例配分された感度補正済の色信号ＲHS，ＧHS，ＢHSとなるが、元々の白色補正画素１２Ｗの輝度信号のＳ／Ｎ比が高いために、比例配分されたこれらの信号もＳ／Ｎ比が高く、この信号を使って得られた画像は高感度のものとなる。
【０３０６】
比較的簡単な積和演算により高感度化補正演算を実行できるので、感度不足を解決しつつ、動画対応可能な高速処理イメージセンサや演算手法を実現できる利点がある。
【０３０７】
また、このような高感度化補正演算を、デモザイク処理後に実行するようにすれば、色画像Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素位置と高感度対応用の白画像の各画素位置が全て一致した計算が可能となるので、より正確で好都合である。
【０３０８】
ところで、高感度化信号処理部３４１は、予めホワイトバランスがとられた色信号ＳＲ，ＳＧ，ＳＢの輝度値に基づいて高感度化補正演算を実行するのがよい。こうすることで、求める感度補正済の色信号ＲHS，ＧHS，ＢHSにおいても、ホワイトバランスがとれることになって好都合である。
【０３０９】
なお、「ホワイトバランスをとる」に当たっては、撮像素子からの撮像信号に基づいて取得した複数の色信号のうちの少なくとも１つの色信号に対してゲイン調整を行なうことになる。
【０３１０】
すなわち、ＣＣＤ撮像素子などの固体撮像素子を用いて被写体画像を撮像すると、被写体に含まれる白色は、屋内などの色温度が低い環境で撮像した場合には赤っぽくなり、屋外などの色温度が高い環境で撮像した場合には青っぽくなるという現象が生じる。このことを、ホワイトバランスが崩れるといっている。なお、色温度とは、テスト光源と同じ色度を持った黒体の温度（Ｋ）をいう。
【０３１１】
そこで、固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた撮像装置では、被写体の白色を撮像した撮像結果において、その白色を無彩色の白色として映し出すために、光源の色温度が変化した場合に、色温度の変化に応じて白色が黒体放射カーブに沿って移動し色付いて見える白色を、無彩色の白に合わせるオートホワイトバランス処理を行なう。このオートホワイトバランス処理としては種々の方式があり、公知の技術であるのでここではその詳細説明を割愛する。
【０３１２】
さらに望ましくは、予め白画素信号ＳＷの赤成分ＲHS，緑成分ＧHS，青成分ＢHSのホワイトバランスがとれるようにして計算するのがよい。こうすることで、計算した結果ＲHS，ＧHS，ＢHSが、ＳＲ，ＳＧ，ＳＢと正確にバランスがとれて対応することとなり、好都合である。白画素信号ＳＷのホワイトバランスがとれていない場合には、予めホワイトバランスがとれるように白色補正画素１２Ｗに色フィルタを配置するのがよい。
【０３１３】
さらに、白色補正画素１２Ｗに赤外光成分を含めることで、さらに高感度化が望めるので白画素は必ずしも可視光だけでなく赤外光成分が含まれてもよいのである。この場合、色再現性の改善のためには、前述のように、赤外光抑制補正演算を実行すればよい。
【０３１４】
なお、補正用の色フィルタを配する画素を赤外光を検知する画素として使うことができるので、赤外光による光通信や距離測定など高機能化が達成できるし、可視光とともに赤外光も同時に検出してイメージ化できる。これによって、同じイメージセンサで、眼で見ることができる可視光のイメージ像、特に色合いが正確な（色再現性の良好な）カラー画像と対応して、眼で見ることのできない赤外光の像情報を同時に受けることができる。これによって暗視カメラなどの新しい情報システムのキーデバイスとして応用が広がる。
【０３１５】
たとえば、赤外線の発光点を予め用意してそれを追跡することで、可視光カラー画像の像の中にある赤外光の発光点の位置を検出することができる。また、可視光のない、たとえば夜間においても赤外光を照射して撮像することで鮮明な赤外光画像を得ることができるので、防犯用のイメージセンサとしての応用も可能である。
【０３１６】
＜色分離フィルタの他の配置例＞
図３１〜図３３は、誘電体積層膜１を利用した分光イメージセンサ１１に、可視光カラー画像に対する補正用の画素を設ける場合における解像度低下を考慮した画素配列を説明する図である。
【０３１７】
画素配列に関して言えば図２５のような配列構造を適用した場合、単純に従来のＲＧＢ原色フィルタやＣｙＭｇＹｅ補色フィルタ（あるいは原色フィルタＧ）の可視光の画素に高感度対応用の画素を追加することになる。
【０３１８】
たとえば、本来、可視光カラー画像撮像用の緑色画素Ｇやマゼンタ色画素Ｍｇが、白色補正画素に置き換わることになり、可視光カラー画像および赤外光画像の何れについても、解像度低下を招く可能性がある。たとえば、従来のＲＧＢベイヤ配列のＧの１つの画素を赤外画素に置き換えると、解像度が低下する。しかしながら、補正画素と解像度に大きく寄与する波長成分の画素（たとえば緑色画素Ｇ）の配置態様を工夫することで、この解像度低下の問題を解消することができる。
【０３１９】
この際に重要なことは、従来と同様に、各色のフィルタをモザイク状に配した色分離フィルタ構造を採用する場合、赤外光と可視光の混在の画素がある一定の格子間隔を持ってモザイク模様になるようにするとともに、可視光の原色系ＲＧＢまたは補色系ＣｙＭｇＹｅ画素の内の１つの画素がある一定の格子間隔を持ってモザイク模様になるように配置することである。
【０３２０】
ここで、「モザイク模様になるようにする」とは、ある色画素に着目したとき、それらがある一定の格子間隔を持って格子状に配列されるようにすることを意味する。必ずしも、その色画素が隣接することを必須とはしない。なお、色画素が隣接する配置態様を採った場合の典型例としては、赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた碁盤目模様（市松模様）となるようにする配置態様がある。あるいは、可視光の原色系ＲＧＢまたは補色系ＣｙＭｇＹｅ画素の内の１つの画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた碁盤目模様（市松模様）となるようにする配置態様がある。
【０３２１】
＜原色フィルタへの適用例＞
たとえば、ＲＧＢ原色フィルタを用いつつ可視光カラー画像の解像度低下を抑えるには、可視光領域のＧの画素の配置密度を維持し、可視光領域の残りのＲもしくはＢの画素を、感度補正用の白画素に置き換えるとよい。たとえば図３１（Ａ）に示すように、２行２列の単位画素マトリクス１２内において先ず、奇数行奇数列および偶数行偶数列に可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Ｇを配し、偶数行奇数列には補正用の白画素を配する。
【０３２２】
また、単位画素マトリクス１２の列方向の奇数番目においては、行方向の奇数番目の単位画素マトリクス１２における奇数行偶数列に可視光領域の青色成分を感知するためのカラー画素Ｂを配し、行方向の偶数番目の単位画素マトリクス１２における奇数行偶数列に可視光領域の赤色成分を感知するためのカラー画素Ｒを配する。単位画素マトリクス１２の列方向の偶数番目においては、カラー画素Ｂとカラー画素Ｒの配置を逆にする。全体としては、色フィルタ１４の繰返しサイクルは、２×２の単位画素マトリクス１２で完結することになる。
【０３２３】
この図３１（Ａ）に示すような配置形態の場合、可視光の原色系ＲＧＢ画素の内の１つの画素Ｇとその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Ｇの配置密度をベイヤ配列と同じにできるので、可視光カラー画像の解像度の低下はなくなる。
【０３２４】
ただし、カラー画素Ｒとカラー画素Ｂの配置密度はベイヤ配列に対して１／２になるのでカラー分解能が低下する。しかしながら、色に関する人間の視感度は、緑Ｇに比べて赤Ｂや青Ｂは劣るので、大きな問題にはならないと考えてよい。一方、補正画素を利用した赤外光画像に関しては、補正画素の配置密度が、可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Ｇに対して１／２になるので、分解能は可視光カラー画像よりも劣る。
【０３２５】
また、赤外光画像の解像度低下を抑えるには、たとえば図３１（Ｂ）に示すように、図３１（Ａ）に示す可視光領域の緑色成分を感知するためのカラー画素Ｇと、補正用の白画素の配置を入れ替えるとよい。この場合、補正画素としての赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、補正画素の配置密度をベイヤ配列の場合と同じにできるので、赤外光画像の解像度の低下はなくなる。ただし、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Ｇの配置密度は、補正画素に対して１／２になるので、可視光カラー画像は、赤外光画像の分解能よりも劣る。カラー分解能に関しては、図３１の場合と同様である。
【０３２６】
＜補色フィルタへの適用例＞
また、ＣｙＭｇＹｅ補色フィルタを用いつつ可視光カラー画像の解像度低下を抑えるには、可視光領域のＭｇの画素の配置密度を維持し、可視光領域の残りのＲもしくはＢの画素を、補正用の黒画素や白画素や緑色画素に置き換えるとよい。たとえば図３２（Ａ）に示すように、２行２列の単位画素マトリクス１２内において、先ず、奇数行奇数列および偶数行偶数列に可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Ｍｇを配し、偶数行奇数列には補正用の白画素を配する。なお、マゼンタ色Ｍｇの内の一方を緑色Ｇに置き換えることもできる。
【０３２７】
この場合、可視光の補色系ＣｙＭｇＹｅ画素の内の１つの画素Ｍｇとその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Ｍｇの配置密度をベイヤ配列と同じにできるので、可視光カラー画像の解像度の低下はなくなる。
【０３２８】
なお、カラー画素Ｃｙとカラー画素Ｙｅの配置密度はカラー画素Ｍｇの配列に対して１／２になるのでカラー分解能が低下するが、色に関する人間の視感度は低く大きな問題にはならないと考えてよい。また、補正画素を利用した赤外光画像に関しては、補正画素（赤外光画素）の配置密度が、可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Ｍｇに対して１／２になるので、分解能は可視光カラー画像よりも劣る。
【０３２９】
また、赤外光画像の解像度低下を抑えるには、たとえば図３２（Ｂ）に示すように、図３２（Ａ）に示す可視光領域のマゼンタ色成分を感知するためのカラー画素Ｍｇと、補正用の白画素の配置を入れ替えるとよい。この場合、補正画素としての赤外光の画素とその他の色画素の正方形を互い違い並べた市松模様の配置態様を採用しており、補正画素の配置密度をベイヤ配列の場合と同じにできるので、赤外光画像の解像度の低下はなくなる。ただし、可視光カラー画像における解像度に大きく寄与するカラー画素Ｍｇの配置密度は、補正画素に対して１／２になるので、可視光カラー画像は、赤外光画像の分解能よりも劣る。カラー分解能に関しては、図３２（Ａ）の場合と同様である。
【０３３０】
なお、解像度低下を抑えるための上記の配置態様例では、緑色Ｇまたはマゼンタ色Ｍｇの画素をできるだけ高密度でモザイク模様（定型例としての市松模様）となるように配置していたが、その他の色（Ｒ，ＢまたはＣｙ，Ｙｅ）の画素を市松模様となるように配置しても、ほぼ同様の効果を得ることができる。もちろん、解像度や色分解能を高める上では、視感度の高い色成分のフィルタをできるだけ高密度でモザイク模様となるように配置するのが好ましい。
【０３３１】
＜斜め配置への適用例＞
なお、上記例では、正方格子状に色フィルタを配置する事例を説明したが、斜め格子状に配列することもできる。たとえば、図３３（Ａ）に示す配置態様は、図３１（Ａ）に示す配置態様を、右回りに略４５度だけ回転させた状態の画素配列になっている。また図３３（Ｂ）に示す配置態様は、図３１（Ｂ）に示す配置態様を、右回りに略４５度だけ回転させた状態の画素配列になっている。このように、斜め格子状に配列すると、垂直方向と水平方向の各画素密度が増すことになり、その方向での解像度をさらに高くすることができるのである。
【０３３２】
＜＜実験例＞＞
図３４は、高感度化対応の画素を利用して可視光カラー画像の高感度化を実現する仕組みの実験例を説明する図である。この実験例では、図３に示したような回路を持つＣＣＤ撮像素子に高感度化対応の白色補正画素１２Ｗを適用して、撮像条件として照度４０ｌｘの暗い環境下で撮像して実験を行なった。
【０３３３】
単位画素マトリクス１２の画素配列構造としては、図３１（Ｂ）に示したように、２×２画素を単位として、白色補正画素１２Ｗを対角で備える画素配列に作製した。
【０３３４】
また、赤色成分Ｒ，緑色成分Ｇ，および青色成分Ｂの輝度値にデモザイク処理を施した後にホワイトバランス処理を行なった上で、前述のような式（１１）〜式（１４）を適用して高感度化補正演算を実行した。
【０３３５】
高感度化補正演算を実行して得られた高感度補正済の色画像信号を用いて生成した出力画像結果が図３４（Ｂ）に示す画像である。なお、比較のために、同一の撮像条件（照明４０ｌｘ）において、通常のベイヤ構造の画素配列のイメージセンサで得られた出力画像結果を図３４（Ａ）に示す。
【０３３６】
図３４（Ａ）に示すベイヤ構造の画素配列のイメージセンサで得られた出力画像結果では、ノイズが目立つ画像となっている。これに対して、高感度化補正演算を実行して得られた出力画像結果では、ノイズが小さい。
【０３３７】
これから、前述のように、高感度化対応の白色補正画素１２Ｗを配置して、この白色補正画素１２Ｗから得られる高感度の撮像信号を用いてカラー撮像用の通常の色フィルタＣ１〜Ｓ３を通して得られる可視光帯の色信号に対して高感度化の補正演算を適用することで、従来のようなベイヤ配列で得られる画像に比べて、ノイズが十分に小さく、つまりＳ／Ｎ比が十分に高く、高感度化が達成できていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０３３８】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０３３９】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０３４０】
たとえば、上述の技術は必ずしも可視光と赤外光の分光と、その分光成分を独立に検知することで可視光像と赤外光像とを個別に取得する技術に限ったものではない。たとえば、可視光と紫外光の分光や検知も可能となり、可視光とともに紫外光も同時に検出してイメージ化できる。また、同時に検出する可視光については、分光せずにモノクロ画像を検知することに限らず、上述のようにして色別の色フィルタを用いて可視光帯内をたとえば３原色成分に分光することでカラー画像を検知することもできる。
【０３４１】
これにより、眼で見ることができる可視光のイメージ像（モノクロ画像あるいはカラー画像）と対応して、眼で見ることのできない紫外光の像情報を同時に取得することができる。これによって光合成監視カメラなどの新しい情報システムのキーデバイスとして応用が広がる。
【図面の簡単な説明】
【０３４２】
【図１】補正演算により可視光カラー画像と赤外光画像をそれぞれ独立に求めることを常時可能にする色分離フィルタの配置例の基本構造を示す図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す色分離フィルタ配置を、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の撮像装置の回路図である。
【図４】図１に示す色分離フィルタ配置を、ＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した場合の撮像装置の回路図である。
【図５】固体撮像素子の一実施形態を説明する図である。
【図６】積層膜を設計する手法の基本概念を説明する構造図である。
【図７】積層膜を設計する手法の基本概念を説明する反射スペクトル図である。
【図８】積層膜を設計する手法の基本概念を説明する反射スペクトル図である。
【図９】反射中心波長λの条件を説明する図（反射スペクトルの概念を示した図）である。
【図１０】反射中心波長λの条件を説明する反射スペクトル図である。
【図１１】反射中心波長λの条件を説明する反射スペクトル図である。
【図１２】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第１実施形態を説明する構造図である。
【図１３】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第１実施形態における厚み依存性を説明する反射スペクトル図である。
【図１４】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第１実施形態を説明する図（反射スペクトル図；詳細）である。
【図１５】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第１実施形態を説明する構造図である。
【図１６】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの第１実施形態を説明する反射スペクトル図である。
【図１７】積層膜を利用したセンサ構造の分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図である。
【図１８】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する構造図である。
【図１９】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する構造図である。
【図２０】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する構造図である。
【図２１】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する構造図である。
【図２２】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する図である。
【図２３】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する反射スペクトル図である。
【図２４】積層膜を利用した単波長分波対応の分光イメージセンサの変形例を説明する反射スペクトル図である。
【図２５】補正演算用の色分離フィルタの具体例の配置を示す図である。
【図２６】図２５に示した色分離フィルタの配置を持つＣＣＤ固体撮像素子の構成例（第１例）を説明する図（斜視図）である。
【図２７】図２５に示した色分離フィルタの配置を持つＣＣＤ固体撮像素子の構成例（第２例）を説明する図（斜視図）である。
【図２８】赤外光と可視光の２つの波長成分を、同時に像として別々に撮像できるとともに高感度画像を取得できるようにしたＣＣＤ固体撮像素子の構成例を説明する図（断面構造図）である。
【図２９】具体例における赤外光成分の補正手法を説明する図である。
【図３０】具体例において用いる色フィルタの特性例を示す図である。
【図３１】解像度低下を考慮した画素配列を説明する図である。
【図３２】解像度低下を考慮した画素配列を説明する図である。
【図３３】解像度低下を考慮した画素配列を説明する図である。
【図３４】高感度対応の画素を利用して可視光カラー画像の高感度化を実現する仕組みの実験例を説明する図である。
【図３５】特許文献１に記載のセンサの仕組みを説明する図である。
【符号の説明】
【０３４３】
１…誘電体積層膜、１０…分光フィルタ、１１…分光イメージセンサ、１２…単位画素マトリクス、１４…色フィルタ、１０１…ＣＣＤ固体撮像素子、１２２…垂直転送ＣＣＤ、１２４…読出ゲート、１２６…水平転送ＣＣＤ、１２８…出力アンプ、２０１…ＣＭＯＳ固体撮像素子、２０５…画素内アンプ、２０７…駆動制御部、２１９…垂直信号線、２２６…カラム処理部、３００…撮像装置、３０２…撮影レンズ、３０４…光学ローパスフィルタ、３０５…赤外光カットフィルタ、３１０…撮像部、３１２…色フィルタ群、３１４…固体撮像素子、３２０…駆動部、３３０…撮像信号処理部、３３２…前処理部、３３４…ＡＤ変換部、３３６…補正処理部、３４０…画像信号処理部、３４１…高感度化信号処理部、３４２…赤外光抑制補正処理部、３４４…輝度信号処理部、３４６…色信号処理部、３４８…赤外信号処理部、３６０…画像切替制御部
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３５】
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【図２５】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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