(57)【要約】【課題】色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を提供する。【解決手段】各画素に設けられ、光電変換が行われる受光部１と、１つの面に多層膜によりダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃが形成されており、受光部１の上方に設けられ、複数個を１組として、複数個の組み合わせにより入射光を複数の波長帯域の光に分離して、それぞれの波長帯域の光を異なる画素の受光部１に入射させる構成であり、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃの反射面の向きが撮像領域の中央線Ｃに対称となるように配置された、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２と、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の下方で、かつ受光部上に配置された、カラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒとを含む固体撮像素子を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素に設けられ、光電変換が行われる受光部と、
１つの面に多層膜によりダイクロイックミラーが形成されており、前記受光部の上方に設けられ、複数個を１組として、前記複数個の組み合わせにより入射光を複数の波長帯域の光に分離して、それぞれの波長帯域の光を異なる画素の前記受光部に入射させる構成であり、前記ダイクロイックミラーの反射面の向きが撮像領域の中央線に対称となるように配置された、ダイクロイックプリズムと、
前記ダイクロイックプリズムの下方で、かつ前記受光部上に配置された、カラーフィルタとを含む
固体撮像素子。
【請求項２】
前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムのうち、少なくとも前記入射光が最初に入射するダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
隣接する前記画素の前記受光部の間に形成された、遮光材をさらに含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムは、上下２層に２個ずつ合計４個であり、４個のダイクロイックプリズムのうち、前記入射光が最初に入射するダイクロイックプリズムを含む、上層の２個のダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムは、同一層に形成された３個のダイクロイックプリズムであり、前記３個のダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
入射光を集光する集光光学部と、
各画素に設けられ、光電変換が行われる受光部と、１つの面に多層膜によりダイクロイックミラーが形成されており、前記受光部の上方に設けられ、複数個を１組として、前記複数個の組み合わせにより入射光を複数の波長帯域の光に分離して、それぞれの波長帯域の光を異なる画素の前記受光部に入射させる構成であり、前記ダイクロイックミラーの反射面の向きが撮像領域の中央線に対称となるように配置された、ダイクロイックプリズムと、前記ダイクロイックプリズムの下方で、かつ前記受光部上に配置された、カラーフィルタとを含む固体撮像素子と、
前記固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む
撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子の前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムのうち、少なくとも前記入射光が最初に入射するダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像素子は、隣接する前記画素の前記受光部の間に形成された、遮光材をさらに含む、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記固体撮像素子の前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムは、上下２層に２個ずつ合計４個であり、４個のダイクロイックプリズムのうち、前記入射光が最初に入射するダイクロイックプリズムを含む、上層の２個のダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像素子の前記１組複数個の前記ダイクロイックプリズムは、同一層に形成された３個のダイクロイックプリズムであり、前記３個のダイクロイックプリズムは、前記反射面が前記撮像領域の中央線の側を向くように配置されている、請求項７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子を備えた撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子において、カラー画像を取得するためには、通常は、入射光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光に分離して、受光部に導いて光電変換を行っている。
【０００３】
この３色の光に分離するために、主に用いられている方式は、吸収型カラーフィルタである。
この吸収型カラーフィルタは、特定の帯域の波長のみを透過して、他の帯域の波長を吸収する特性を有している。
【０００４】
しかしながら、吸収型カラーフィルタは、透過する波長帯域以外の光を吸収する特性を有するため、例えば赤の受光部に入射する光では、緑と青を吸収してしまい、光の利用効率が１／３に減少することになる。
【０００５】
そこで、光の利用効率の減少を回避するために、ダイクロイックプリズムを用いた分光方式が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
この方式によれば、ダイクロイックプリズムによって特定の波長を透過(反射)して、入射光をＲ／Ｇ／Ｂの３色に色分離することが可能となる。
そして、この方式を単板式の固体撮像素子のカラーフィルタ部に採用すれば、吸収による損失無く入射光をＲ／Ｇ／Ｂの３色に色分離することができ、さらに光利用効率の向上を図ることができる。
【０００６】
特許文献１の図２に記載された構成では、ダイクロイックプリズムを２層に積層することにより、Ｒ／Ｇ／Ｂの３色をベイヤー配列で分光可能な固体撮像素子を実現している。
ダイクロイックプリズムは、酸化膜等をプリズム型に成型した後に、多層膜を表面に蒸着することにより形成している。
【０００７】
特許文献２の図１に記載された構成では、入射光をマイクロレンズで集光して、遮光層で第１のダイクロイックプリズムにのみ当たるよう制御している。
そして、第１のダイクロイックプリズムにおいて、青色の光を透過させて下方の第１の受光面に入射させ、緑色の光及び赤色の光を反射させて、側方の第２のダイクロイックプリズムへ導いている。
第２のダイクロイックプリズムにおいて、緑色の光を反射させて下方の第２の受光面に入射させ、赤色の光を透過させて、側方の第３のダイクロイックプリズムへ導いている。
第３のダイクロイックプリズムにおいて、赤色の光を反射させて下方の第３の受光面に入射させている。
第１〜第３のダイクロイックプリズムは、同一平面に形成されている。
【０００８】
上述した２つの構成は、単層式プリズムと２層式プリズムの違いはあるが、透過する色と反射する色を分離して、所望の画素部へと光を導く基本的な分光方法は同様となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５９２３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２００３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ダイクロイックプリズムに用いられるダイクロイックミラーは、多層膜によって形成されているために、分光特性に入射角度依存性を持っており、撮像領域内の画素の位置によって分光特性の偏りが生じてしまう。
【００１１】
即ち例えば、図２１に示すように、ダイクロイックプリズム５１の向きを撮像領域内で全て同一となるように配置すると、多層膜ダイクロイックミラーに対する入射角は画角中央の左側と右側とで異なり、入射角が左右で非対称となる。
さらに、ダイクロイックプリズムを分光構造に持つ固体撮像素子で撮像した場合、ダイクロイックミラーが元々持つ角度依存性により、取得した画像内で色ムラが発生してしまう。
この入射角により分光が変化してしまう影響を、最小にすることが必要となる。
【００１２】
前記特許文献１の図２に記載された構成では、マイクロレンズの下にコリメータを配置して、プリズムへの入射光を平行光にしている。しかしながら、センサ面への入射光は、固体撮像素子の主面に垂直に入射する平行光が前提になっており、斜めに入射する光は考慮されていない。
前記特許文献２の図１に記載された構成では、マイクロレンズとプリズムとの間に設けられたマスク層により、入射光を規制しているが、想定している入射光は、固体撮像素子の主面に垂直に入射する光のみであり、斜めに入射する光は考慮されていない。
前記特許文献１及び前記特許文献２に記載されたいずれの構成でも、固体撮像素子の主面に斜めに入射する光は考慮されていない。そのため、角度依存性に対しては脆弱であり、画角面内での分光特性の変化により、色ムラ等が発生してしまう。
【００１３】
ところで、ダイクロイックプリズムに用いている多層膜ダイクロイックミラーは、成膜を重ねていくにつれ、透過波長帯や反射波長帯のリップルが低減できるため、一般的に、層数が多いほど、分光特性の良いミラーとなる。
しかしながら、多層膜を成膜していくにつれて、製造公差によって、所望の分光特性に対して実際の分光特性にバラツキがでてしまう。
また、例えば２０層の多層膜を成膜してダイクロイックミラーを作製すると、多層膜全体の層厚が約２μｍ程度と厚くなることから、現在の微細な画素では、ダイクロイックプリズム上にこのように層数の多い多層膜を成膜するのは困難となる。
従って、画素の微細化に対応して、層厚の薄い、層数の少ないダイクロイックミラーで分光する必要がある。
【００１４】
しかしながら、一般的に、多層膜の層数が少ないと、分光特性の立ち上がりや立ち下がりにおけるスロープが緩くなってしまう（図２０Ａを参照）。
このように分光特性のスロープが緩いと、スロープの裾の部分が他の色との混色成分となり、色純度が劣化してしまう。
このため、ダイクロイックミラーを少ない層数としても、色純度が劣化しないような分光構造が望まれる。
【００１５】
上述した問題の解決のために、本発明においては、色再現性や入射角度依存性に優れた、固体撮像素子及び固体撮像素子を備えた撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の固体撮像素子は、各画素に設けられ、光電変換が行われる受光部を含む。
また、１つの面に多層膜によりダイクロイックミラーが形成されており、受光部の上方に設けられた、ダイクロイックプリズムを含む。
さらに、ダイクロイックプリズムの下方で、かつ受光部上に配置された、カラーフィルタを含む。
そして、ダイクロイックプリズムは、複数個を１組として、複数個の組み合わせにより入射光を複数の波長帯域の光に分離して、それぞれの波長帯域の光を異なる画素の受光部に入射させる構成である。また、ダイクロイックミラーの反射面の向きが撮像領域の中央線に対称となるように配置されている。
【００１７】
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、固体撮像素子と、固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含み、固体撮像素子が、上述した本発明の固体撮像素子の構成であるものである。
【００１８】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、ダイクロイックプリズムは、複数個を１組として、複数個の組み合わせにより入射光を複数の波長帯域の光に分離して、それぞれの波長帯域の光を異なる画素の受光部に入射させる構成である。これにより、カラーフィルタのみの分光方式と比較して、分光の際の光の損失を低減して、光の利用効率を高めることが可能になる。
そして、ダイクロイックミラーの反射面の向きが撮像領域の中央線に対称となるように配置されているので、中央線の両側の画素において、入射光の反射面への入射角度を中央線に対称とすることができる。これにより、斜めに入射した光に対する、中央線の両側の画素における分光特性の差異を抑制することが可能になり、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になる。
また、ダイクロイックプリズムの下方で、かつ受光部上に、カラーフィルタが配置されているので、ダイクロイックミラーの多層膜の製造時の公差によるばらつきや、入射角度の変化によって変化した分光特性を、カラーフィルタで補正することができる。これにより、画素の分光特性を揃えて、色純度を向上させることができる。また、多層膜の層数を低減しても、低減したことにより広がる透過帯域をカラーフィルタで補正することができるので、充分な色純度を実現することが可能になる。
【００１９】
上述の本発明の撮像装置の構成によれば、固体撮像素子が本発明の固体撮像素子の構成であるので、撮像される画像において、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制し、色純度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
上述の本発明によれば、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になると共に、入射角度や製造公差により変形した分光特性をカラーフィルタにおいて補正して色純度を向上することが可能となる。
これにより、色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を実現して、充分な色純度を有していて画質が良好である画像を得ることが可能になる。
【００２１】
また、本発明はダイクロイックプリズムとカラーフィルタを共に用いる分光方式を採用しているため、カラーフィルタのみの分光方式よりも、光の利用効率を高めることが可能である。
そして、カラーフィルタにも分光特性の制御の役割を持たせることにより、多層膜の層数を増やさなくとも、色純度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（３画素分の断面構造図）である。
【図２】図１の固体撮像素子の撮像領域の画素配置の平面図及びダイクロイックプリズムの配置図である。
【図３】図２のダイクロイックプリズムの平面図である。
【図４】図１の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の一形態の平面図である。
【図５】図１の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の他の形態の平面図である。
【図６】２×２正方画素配列の一形態の配列を示す図である。
【図７】Ａ、Ｂ  本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（３画素分の断面構造図）である。
【図８】図７の固体撮像素子の撮像領域の画素配置の平面図及びダイクロイックプリズムの配置図である。
【図９】図７の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の一形態の平面図である。
【図１０】図７の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の他の形態の平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（６画素分の断面構造図）である。
【図１２】図１１の固体撮像素子の撮像領域の画素配置の平面図及びダイクロイックプリズムの配置図である。
【図１３】図１１の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の一形態の平面図である。
【図１４】図１１の固体撮像素子のマイクロレンズの配置の他の形態の平面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）である。
【図１６】ダイクロイックプリズムの向きを画角中央に対称とした場合を示す図である。
【図１７】Ａ、Ｂ  図１６の構成で入射角が１０度変化した場合の分光特性の変化を示す図である。
【図１８】本発明の固体撮像素子の一形態の分光構造部を抜粋した断面図である。
【図１９】Ａ〜Ｃ  本発明におけるカラーフィルタによる分光特性の補正を説明する図である。
【図２０】Ａ、Ｂ  赤の画素における、ダイクロイックプリズムとカラーフィルタとの組み合わせによる分光特性の変化を示す図である。
【図２１】撮像領域内でダイクロイックプリズムの向きを全て同一とした場合を示す図である。
【図２２】Ａ、Ｂ  図２１の構成で入射角が１０度変化した場合の分光特性の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．第１の実施の形態（固体撮像素子）
３．第２の実施の形態（固体撮像素子）
４．第３の実施の形態（固体撮像素子）
５．第４の実施の形態（撮像装置）
【００２４】
＜１．本発明の概要＞
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
【００２５】
特許文献１や特許文献２に記載された構成のように、ダイクロイックプリズムの向きが撮像領域内で全て同一であると、分光特性が面内で非対称となる。
このことを、図２１を参照して説明する。
ダイクロイックプリズムへの入射角は、固体撮像素子に垂直に入射したときに、ダイクロイックミラーに対して４５度の入射角となる。
これに対して、図２１に示すように、画角中央から左右に広がるように斜めに固体撮像素子に入射した場合、左側のダイクロイックプリズム５１ではマイナス方向に入射角が変化し、右側のダイクロイックプリズム５２ではプラス方向に入射角が変化する。
このときの分光特性を、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す。図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、点線は４５度の入射角のときの分光特性を示し、実線は入射角がそれぞれ−１０度と＋１０度変化したときの分光特性を示している。
入射角がマイナス方向に振れると、図２２Ａに示すように、透過帯幅が広くなる傾向にある。
入射角がプラス方向に振れると、図２２Ｂに示すように、透過帯幅が狭くなる傾向にある。
従って、ダイクロイックプリズムを、入射角がマイナスの方に振れるように配置した方が、図２２Ａに示すように、透過帯幅が広くなり、感度低下を防ぐことができる。
【００２６】
そこで、本発明では、ダイクロイックプリズムの向きが入射光の画角中央に対して対称になるように配置する。
即ち、ダイクロイックミラーの反射面の向きが、入射光の画角中央に対応する、撮像領域の中心線に対して対称となるように、各画素の受光部上のダイクロイックプリズムを配置する。
これにより、垂直に入射した光の入射角に対して、斜めに入射した光の入射角が変化する方向を、撮像領域の中心線の両側のダイクロイックプリズムにおいて揃えることができるので、撮像領域内の位置による分光特性の差を、小さく抑えることができる。
なお、本発明において、上述の「撮像領域」には、いわゆるオプティカルブラック画素のように、光が入射しない画素の領域は含まない。
【００２７】
本発明において、ダイクロイックプリズムは、特許文献１及び特許文献２等の従来提案されている構成と同様に、複数個を１組として、複数個の組み合わせにより、入射光を複数の波長帯域（例えば、赤、緑、青の３つの波長帯域）に分離する構成とする。そして、分離したそれぞれの波長帯域の光を、異なる画素（例えば、赤の画素、緑の画素、青の画素）の受光部に入射させる。
【００２８】
本発明において、さらに好ましくは、１組複数個のダイクロイックプリズムのうち、少なくとも入射光が最初に入射するダイクロイックプリズムの反射面が撮像領域の中心線の側を向くように配置する。このように配置すると、ダイクロイックプリズムの反射面への入射角が、固体撮像素子に垂直に入射した光（４５度前後）よりも、固体撮像素子に斜めに入射した光の方が小さくなる。これにより、緑（Ｇ）の画素の受光部での分光特性の透過帯幅を広くすることができ、固体撮像素子に斜めに入射することによる感度の低下を防ぐことができる。
即ち、例えば図１６に示すように、画角中央に対して、左側のダイクロイックプリズム４１の入射面が右上を向き、右側のダイクロイックプリズム４２の入射面が左上を向くように、配置する。
これにより、左右いずれの側のダイクロイックプリズム４１，４２でも、斜めの入射光にでは入射角がマイナス方向に振れるので、透過帯幅を広くすることができる。
このときの分光特性を、図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、点線は４５度の入射角のときの分光特性を示し、実線は入射角がそれぞれ−１０度と＋１０度変化したときの分光特性を示している。
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、左側も右側もいずれの側も、透過帯幅を広くすることができるので、感度低下を防ぐことができる。
【００２９】
なお、１組のダイクロイックプリズムの個数や、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム以外のダイクロイックプリズムの反射面の向きは、画素配列（画素の色の配列）に応じて、適宜選定する。
例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色をストライプ状に配置した画素配列に対しては、１組の個数を４個として上下２層に２個ずつ配置した構成や、１組の個数を３個として１層に３個配置した構成が考えられる。なお、１組の個数を４個として上下２層に２個ずつ配置した構成では、入射光が最初に入射する１個を含む上層の２個を、反射面が撮像領域の中心線の側を向くように配置する。また、１組の個数を３個として１層に３個配置した構成では、３個をいずれも反射面が撮像領域の中心線の側を向くように配置する。
また、例えば、縦２画素×横２画素の４画素の配列パターンを繰り返し配置した画素配列に対しては、１組４個を上下２層に２個ずつ配置して、下層の２個の反射面の向きが上層の２個の反射面の向きに対して９０度異なるように配置した構成が考えられる。
【００３０】
ダイクロイックプリズムに用いる多層膜ダイクロイックミラーは、例えば、誘電体であるＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等の材料を用いて形成することができる。
また、多層膜ダイクロイックミラーは、蒸着法、ＩＡＤ（Ion beam Assisted Deposition）法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって、成膜することが可能である。
【００３１】
さらに本発明では、ダイクロイックミラーの分光特性を補正するために、ダイクロイックプリズムの下、かつ受光部の上に、カラーフィルタを設ける。
多層膜によるダイクロイックミラーは、ミラーへの入射角度や多層膜の製造時の公差によって分光特性が変化する。
本発明では、ダイクロイックプリズムの下に、かつ受光部の上に、カラーフィルタを配置したことにより、ダイクロイックミラーにおいて上述のように変化した分光特性を、カラーフィルタにより補正する。
分光特性をカラーフィルタによって補正するので、色純度を高めることができる。
色純度を高めるためには、ダイクロイックミラーの多層膜の層数を増やすことも考えられるが、カラーフィルタを併用することにより、多層膜の層数を増やすことなく色純度を高めることができる。
【００３２】
ここで、本発明の固体撮像素子の一形態の分光構造部を抜粋して、図１８に断面図を示す。
図１８では、左の青の画素の受光部１（Ｂ）と、中央の緑の画素の受光部１（Ｇ）と、右の赤の画素の受光部１（Ｒ）とを、１組として並べて示しており、これら３画素に対応する、カラーフィルタとダイクロイックプリズムを示している。
中央の緑の画素に配置されたダイクロイックプリズム１１と、右の赤の画素に配置されたダイクロイックプリズム１２とにより、上層の第１層のダイクロイックプリズム１０が構成されている。これら上層の第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）は、入射面が右上を向くように配置されている。
中央の緑の画素に配置されたダイクロイックプリズム２１と、左の青の画素に配置されたダイクロイックプリズム２２とにより、下層の第２層のダイクロイックプリズム２０が構成されている。これら下層の第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）は、入射面が左上を向くように配置されている。各ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の上面には、多層膜から成るダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが設けられている。
受光部１の上には、カラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒと、遮光材から成る画素間遮光部３が配置されている。画素間遮光部３は、隣接する２つの画素の間に設けられており、画素間遮光部３を設けることにより、光学的な混色成分を減らすことができる。
【００３３】
上層の第１層のダイクロイックプリズム１０(１１，１２)によって、緑Ｇと青Ｂの光は透過し、赤Ｒの光は反射されて赤Ｒの画素の受光部１（Ｒ）へ導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム１１のダイクロイックミラー４Ａは、緑Ｇと青Ｂの光は透過し、赤Ｒの光は反射する特性を有しており、ダイクロイックプリズム１２のダイクロイックミラー４Ｂは、赤Ｒの光を反射する特性を有する。
透過した緑Ｇと青Ｂの光は下層の第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）によって、緑Ｇの光は透過し、青Ｂの光は反射され、それぞれの色の受光部１（Ｇ），１（Ｂ）に導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム２１のダイクロイックミラー４Ｃは、緑Ｇの光は透過し、青Ｂの光は反射する特性を有しており、ダイクロイックプリズム２２のダイクロイックミラー４Ｄは、青Ｂの光を反射する特性を有する。
【００３４】
なお、図１８は、図１６及び図１７Ａに示した画角中央の左側の画素の分光構造部を示している。
画角中央の右側の画素では、図１８とは左右逆の配置とする。即ち、青Ｂの画素を緑Ｇの画素の右に配置し、赤Ｒの画素を緑Ｇの画素の左に配置する。そして、上層の第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）の入射面を左上向きにして、下層の第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）の入射面を右上向きにする。
【００３５】
通常、カラーフィルタは、単独で固体撮像素子の各画素の分光に使用されている。
これに対して、本発明においては、カラーフィルタ自身単独で分光を行うのではなく、カラーフィルタをダイクロイックプリズムと組み合わせて分光を行う。
【００３６】
ところで、通常の固体撮像素子のように、吸収型カラーフィルタを用いて分光を行うと、所望の色以外の色は吸収によって損失となってしまう。例えば、赤のカラーフィルタの場合、青と緑の波長帯は吸収し、赤の波長帯のみを透過するような分光特性を持っているため、入射してきた３原色の１／３しか利用することができない。
これに対して、ダイクロイックプリズムを用いた分光においては、入射光を３色に分割するため、理論的には損失を生じない。
【００３７】
本発明において、カラーフィルタは、ダイクロイックプリズムによって分光された光を、カラーフィルタの持つ分光特性で補正して、色純度を向上させるために設けられている。このことを、図１９Ａ〜図１９Ｃを参照して説明する。
まず、上述したように、入射光が角度分布を持つ場合に、画角中央に対称にダイクロイックプリズムを配置することにより、分光特性の入射角依存性を対称にして、かつ、緑Ｇの光の透過帯域が広がるように、ダイクロイックプリズムの入射面を向ける。これにより、図１９Ａに示すように、緑Ｇの光の透過帯域が広がる。
カラーフィルタは、入射光角度が０度のとき（画角中央に対応する）の分光特性と同じになるように補正できる分光特性を持たせておく。例えば、図１９Ｂに示すように、入射光角度が０度のときの透過帯域の透過率が高く、その前後の帯域の透過率が低くなっている分光特性を持たせる。
すると、ダイクロイックプリズムによる分光と吸収型カラーフィルタとの掛け合わせにより、図１９Ｃに示すように、補正後の分光特性（実線）を、入射光角度が０度のときの分光特性（細線）に対して、同様の分光特性をすることができる。即ち、入射角依存性によって変化した分光特性を、画角中心と同様の分光特性を持たせるように補正することができるようになる。
【００３８】
なお、本発明において、カラーフィルタの分光特性は、単独で分光させるものではないので、補正用に最適な分光特性を持てばよい。そのため、カラーフィルタの材料や分光特性は、通常の固体撮像素子に使用されているカラーフィルタの材料や分光特性と同じでなくても構わない。また、通常の固体撮像素子に使用されているカラーフィルタと比較して、薄い膜としても構わない。
吸収型カラーフィルタ単体で分光を行うと光量が１／３になってしまうが、本発明においては、ダイクロイックプリズムによる分光後の単色光をカラーフィルタで補正するため、入射角度によって変化した分のみが吸収されるので、吸収損失は少ない。
【００３９】
さらにまた、カラーフィルタを用いることにより、分光特性の入射角依存性を補正する他に、多層膜ダイクロイックミラーの層数の低減効果も期待できる。
このことを、赤Ｒの画素を例として、図２０を参照して説明する。
【００４０】
図２０Ａには、層数が多く十分な分光特性を有する、理想的なダイクロイックミラーと、少層数のダイクロイックミラーと、赤色のカラーフィルタ（厚さｔ＝１５０ｎｍ、３００ｎｍ）との、４つの構成の分光特性を並べて示している。
図２０Ａに示すように、理想的なダイクロイックミラーに比べ、少層数のダイクロイックミラーは、一般に傾斜がなだらかな分光となる。
ここで、少層数のダイクロイックミラーに赤色のカラーフィルタ（厚さｔ＝１５０ｎｍ、３００ｎｍ）を組み合わせると、図２０Ｂに示す分光特性となる。図２０Ｂからわかるように、少層数でのダイクロイックミラーにおいても、カラーフィルタを組み合わせれば、理想的なダイクロイックミラーの分光特性に近づけることが可能となる。
なお、カラーフィルタで吸収される光量損失は、カラーフィルタが厚いほど多くなる。
分光特性の向上と単独でカラーフィルタを用いる場合での光損失とを考慮すると、このカラーフィルタで吸収される光量損失よりも、分光特性の向上と光利用効率の向上の恩恵の方が大きい。即ち、トータルでは、カラーフィルタを組み合わせることで、高い効果が得られる。
【００４１】
ダイクロイックミラー多層膜の分光とカラーフィルタとを併用することにより、色純度を向上させることができる。カラーフィルタのみで分光する構成と違い、ダイクロイックミラーによって色を分離した後に入射光が吸収されるので、光量ロスは少なく、余分な混色成分が吸収され、色純度向上が望める。
カラーフィルタにも分光の役割を持たせることで、多層膜ダイクロイックミラーの層数を減らしつつも分光特性を補正できる。そして、多層膜ダイクロイックミラーの層数を低減することにより、製造プロセスを簡素化することができる。
【００４２】
なお、本発明において、カラーフィルタについては、前述したように、通常の固体撮像素子に使用されている吸収型カラーフィルタとは異なる材料から成る吸収型カラーフィルタを使用することも可能である。
また、吸収以外の原理により分光するカラーフィルタを使用することも可能である。例えば、ダイクロイックミラーにも使用されている多層膜の原理を用いて、特定の波長帯域を透過させて、他の波長帯域は反射させる、或いは、干渉により減衰させる構成のカラーフィルタが考えられる。
【００４３】
＜２．第１の実施の形態（固体撮像素子）＞
本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図を、図１〜図５に示す。
本実施の形態では、画素配列を、ｘ方向にＲ／Ｇ／Ｂの３色を並べたストライプ画素配列とした場合である。
図１は３画素分の断面構造図を示し、図２は撮像領域の画素配置の平面図と、対応するダイクロイックプリズムの配置を示し、図３はダイクロイックプリズムの平面図を示す。また、図４はマイクロレンズの配置の一形態の平面図を示し、図５はマイクロレンズの配置の他の形態の平面図を示す。
【００４４】
本実施の形態の固体撮像素子は、図１に示すように、半導体層に形成されたフォトダイオードから成り、光電変換が行われる受光部１と、受光部１上に設けられたカラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒとを有する。青の画素の受光部１（Ｂ）上には青のカラーフィルタ２Ｂが配置され、緑の画素の受光部１（Ｇ）上には緑のカラーフィルタ２Ｇが配置され、赤の画素の受光部１（Ｒ）上には赤のカラーフィルタ２Ｒが配置されている。
隣接する画素の境界付近には、受光部１上に遮光材から成る画素間遮光部３が形成されている。画素間遮光部３の遮光材としては、金属や合金の膜等を使用することができる。
カラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒの上には、下層の第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）と、上層の第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）とが設けられている。それぞれのダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２において、光が入射する１つの面（上側の面）には、多層膜によるダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが形成されている。即ち、１組４個のダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の組み合わせによって、入射光を、赤、緑、青の３色の波長帯域に分離する構成である。
なお、受光部１、カラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒ、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の配置関係は、図１８と同様になっている。
また、ダイクロイックプリズム１１の真上に、入射した光を平行光にするコリメートレンズ５が設けられている。さらに、コリメートレンズ５の上方に、入射光を集束するマイクロレンズ６が設けられている。
【００４５】
ダイクロイックプリズム１１，１２，１３，１４は、従来公知の方法を用いて形成することができる。
例えば、特許文献１の図１２に記載されているように、樹脂層をパターニング加工してプリズムの形状とした後に、エッチバックにより樹脂膜の下のプリズムの材料膜にプリズムの形状を転写する方法を用いることができる。
また例えば、エッチング等の半導体プロセスにより、プリズムの材料膜を直接加工して、プリズムの形状とすることも可能である。
プリズムの材料膜としては、例えば、ＳｉＯ２膜等の透明な酸化膜を使用することができる。
【００４６】
多層膜によるダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、例えば、誘電体であるＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等の材料を用いて形成することができる。
また、多層膜によるダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、蒸着法、ＩＡＤ（Ion beam Assisted Deposition）法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって、成膜することが可能である。
【００４７】
本実施の形態の固体撮像素子において、入射光は、マイクロレンズ６により、Ｒ／Ｇ／Ｂの３画素分の光を、緑Ｇの画素の上部に集光させて、コリメートレンズ５により、平行光になるように屈折させる。
そして、第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）によって、緑Ｇと青Ｂの光は透過し、赤Ｒの光は反射されて赤Ｒの画素の受光部１（Ｒ）へ導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム１１のダイクロイックミラー４Ａは、緑Ｇと青Ｂの光は透過し、赤Ｒの光は反射する特性を有しており、ダイクロイックプリズム１２のダイクロイックミラー４Ｂは、赤Ｒの光を反射する特性を有する。
さらに、透過した緑Ｇと青Ｂの光は、第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）によって、緑Ｇは透過され、青Ｂは反射されて、それぞれの色の受光部１（Ｇ）と１（Ｂ）に導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム２１のダイクロイックミラー４Ｃは、緑Ｇの光は透過し、青Ｂの光は反射する特性を有しており、ダイクロイックプリズム２２のダイクロイックミラー４Ｄは、青Ｂの光を反射する特性を有する。
【００４８】
なお、ダイクロイックミラー４Ａとダイクロイックミラー４Ｂは、同一構成であっても構わない。また、ダイクロイックミラー４Ｃとダイクロイックミラー４Ｄも、同一構成であっても構わない。このように、ダイクロイックミラーを同一構成とすることにより、ダイクロイックミラーを画素毎に作り分ける必要がなく、第１層もしくは第２層の同じ層のダイクロイックミラーを１回の多層膜成膜プロセスで作製することができる。
【００４９】
本実施の形態においては、図１に示す３画素分の分光構造を１ユニットとして、多数のユニットが固体撮像素子の撮像領域内に配置される。
そして、図２の平面図に示すように、ｙ方向（所謂垂直方向）には、同じ色の画素をストライプ状に配置する。
一方、ｘ方向（所謂水平方向）には、前述した画角中央に対応する、撮像領域の中央線Ｃに対称に、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素を配置する。そして、ダイクロイックプリズム１１，１２，２２，２１の配置は、図２の上図に模式的に示すように、ｘ方向は撮像領域の中央に対称に配置する。
なお、図２において、下図の平面図の３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の位置と、上図のダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の位置とは上下に対応しているわけではない。実際には、図１に示したように、ダイクロイックプリズム１１及びダイクロイックプリズム２１が緑Ｇの画素に配置され、ダイクロイックプリズム１２が赤Ｒの画素に配置され、ダイクロイックプリズム２２が青Ｂの画素に配置される。
【００５０】
１組４個のダイクロイックプリズム１１，１２，２２，２１の配置は、撮像領域の中央線Ｃの左側の画素では、図１と同じ向きになっており、中央線Ｃの右側の画素では、図１とは反対の向きとなっている。
そして、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１１を含む、上層の第１層のダイクロイックプリズム１１，１２は、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂの反射面が中央線Ｃの側に向くように配置されている。一方、下層の第２層のダイクロイックプリズム２１，２２は、ダイクロイックミラー４Ｃ，４Ｄの反射面が中央線Ｃとは反対の側に向くように配置されている。
なお、本実施の形態においては、同じ色の画素がｙ方向にストライプ状に配置されているので、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２は、ｙ方向には画素ごとに分離する必要はない。
従って、図３の平面図に示すように、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２をｙ方向に連続した形状とすることも可能である。ｙ方向に連続した形状とすることにより、ダイクロイックプリズムのｙ方向も画素ごとに分離した場合と比較して、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の製造工程を簡略化して、より容易に製造することができる。
【００５１】
また、１組４個のダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２のうち、光を反射させるだけで、光を透過させない、２つのダイクロイックプリズム１２及び２２には、ダイクロイックミラー４Ｂ，４Ｄの代わりに、単なる反射ミラーを用いても良い。例えば、金属膜（Ａｌ膜等）や合金膜から成る反射ミラーを使用することができる。
【００５２】
次に、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の一形態を、図４に示す。図４に示す配置では、正方形の画素に対して、横３個の画素上に１個の横長のマイクロレンズ６が配置されている。マイクロレンズ６は、左から、青Ｂの画素、緑Ｇの画素、赤Ｒの画素、と並んだ３画素の上に配置されている。
なお、図４は、図２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左側の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図２の撮像領域の中央線Ｃの右側の画素では、図４とは反対に、左から、赤Ｒの画素、緑Ｇの画素、青Ｂの画素、と並んだ３画素の上にマイクロレンズ６を配置する。
【００５３】
また、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の他の形態を、図５に示す。図５に示す配置では、縦が横の３倍の縦長の長方形の画素に対して、横３個の画素上に略正方形のマイクロレンズ６が配置されている。マイクロレンズ６は、左から、青Ｂの画素、緑Ｇの画素、赤Ｒの画素、と並んだ３画素の上に配置されている。
なお、図５は、図２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左側の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図２の撮像領域の中央線Ｃの右側の画素では、図５とは反対に、左から、赤Ｒの画素、緑Ｇの画素、青Ｂの画素、と並んだ３画素の上にマイクロレンズ６を配置する。
【００５４】
上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２のダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの反射面の向きが撮像領域の中央線Ｃに対称となるように配置されている。このため、中央線Ｃの両側の画素において、入射光の反射面への入射角度を中央線Ｃに対称とすることができる。これにより、斜めに入射した光に対する、中央線Ｃの両側の画素における分光特性の差異を抑制することが可能になり、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になる。
【００５５】
また、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の下方で、受光部１の上に、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが配置されている。このため、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの多層膜の製造時の公差によるばらつきや、入射角度の変化によって変化した分光特性を、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができる。これにより、画素の分光特性を揃えて、色純度を向上させることができる。また、多層膜の層数を低減しても、低減したことにより広がる透過帯域をカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができるので、充分な色純度を実現することが可能になる。
【００５６】
本実施の形態によれば、上述したように、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になると共に、入射角度や製造公差により変形した分光特性をカラーフィルタにおいて補正して色純度を向上することが可能となる。
これにより、色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を実現することができ、充分な色純度を有していて画質が良好である画像を得ることが可能になる。
【００５７】
また、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２とカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを共に用いる分光方式を採用しているため、カラーフィルタのみの分光方式よりも、光の利用効率を高めることが可能である。
そして、カラーフィルタにも分光特性の制御の役割を持たせることにより、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの多層膜の層数を増やさなくとも、色純度を高めることができる。
【００５８】
さらに、本実施の形態によれば、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１１を含む、上層の第１層のダイクロイックプリズム１１，１２が、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂの反射面が撮像領域の中央線Ｃの側に向くように配置されている。
これにより、固体撮像素子に斜めに光が入射したときに、中央線Ｃの両側の画素において共に、ダイクロイックプリズム１１のダイクロイックミラー４Ａにおける分光特性の変化を、透過帯幅が広くなるようにすることができる。
従って、固体撮像素子に斜めに入射することによる感度の低下を防ぐことができ、色純度と感度を向上することができる。
【００５９】
＜３．第２の実施の形態（固体撮像素子）＞
本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図を、図６〜図１０に示す。
本実施の形態は、画素配列を、２×２正方画素配列とした場合である。
図６は、本実施の形態で使用する、２×２正方画素配列の一形態の配列を示し、図７Ａ及び図７Ｂは３画素分の断面構造図を示し、図８は撮像領域の画素配置の平面図と、対応するダイクロイックプリズムの配置を示す。また、図９はマイクロレンズの配置の一形態の平面図を示し、図１０はマイクロレンズの配置の他の形態の平面図を示す。
【００６０】
本実施の形態の固体撮像素子は、図６に示す２×２正方画素配列を採用する。即ち、２×２の４画素を１ユニットとして、緑Ｇの画素の上下方向に青Ｂの画素を配置し、緑Ｇの画素の左右方向に赤Ｒの画素を配置し、残りの１画素は白Ｗの画素とする。この白Ｗの画素には、カラーフィルタは配置しない。
【００６１】
図７Ａの断面構造図は、図６の緑Ｇと青Ｂの各画素を通る、ｘ−ｚ平面における断面図を示している。図７Ｂの断面構造図は、図６の緑Ｇと赤Ｒの各画素を通る、ｙ−ｚ平面における断面図を示している。
図７Ａ及び図７Ｂにおいて、配置されている部品は、第１の実施の形態の図１と同様であるが、上層の第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）の向きと、下層の第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）の向きとが、９０度異なっている。
このようにダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の向きが第１の実施の形態と異なっているが、３色の光のそれぞれが通過するダイクロイックプリズムは第１の実施の形態と同様である。即ち、第１層のダイクロイックプリズム１０（１１，１２）によって、緑Ｇと青Ｂの光は透過し、赤Ｒの光は反射されて赤Ｒの画素の受光部１（Ｒ）へ導かれる。透過した緑Ｇと青Ｂの光は、第２層のダイクロイックプリズム２０（２１，２２）によって、緑Ｇは透過され、青Ｂは反射されて、それぞれの色の受光部１（Ｇ）と１（Ｂ）に導かれる。即ち、１組４個のダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の組み合わせによって、入射光を、赤、緑、青の３色の波長帯域に分離する構成である。
また、詳細を後述するように（図９及び図１０を参照）、本実施の形態では、第１の実施の形態とはマイクロレンズ６の配置が異なる。そのため、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、マイクロレンズ６の大きさは、図１の３画素分に対して、中央の画素全体と左右の画素の約半分ずつの合計約２画素分となっている。
【００６２】
本実施の形態においては、図６に示す２×２の４画素分の分光構造を１ユニットとして、多数のユニットが固体撮像素子の撮像領域内に配置される。
そして、図８の平面図に示すように、前述した画角中央に対応する、撮像領域の中央線Ｃ１，Ｃ２に対称になるように、２×２画素のユニットを配置する。即ち、ｘ方向（所謂水平方向）では撮像領域の中央線Ｃ１に対称であり、ｙ方向（所謂垂直方向）では撮像領域の中央線Ｃ２に対称である。
左上の領域は図６と同じ画素配置であり、右上、右下、左下の各領域では、撮像領域の中央線Ｃ１，Ｃ２に対称になるように図６の画素配置の左右又は上下を入れ替えている。即ち、４つの象限で互いに対称になるように配置されている。
なお、図８において、平面図の３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の位置と、周囲のダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の位置とは対応しているわけではない。実際には、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、ダイクロイックプリズム１１及びダイクロイックプリズム２１が緑Ｇの画素に配置され、ダイクロイックプリズム１２が赤Ｒの画素に配置され、ダイクロイックプリズム２２が青Ｂの画素に配置される。
【００６３】
１組４個のダイクロイックプリズム１１，１２，２２，２１の配置は、撮像領域の中央線Ｃ１の左側の画素では、図７Ｂと同じ向きになっており、中央線Ｃ１の右側の画素では、図７Ｂとは反対の向きとなっている。また、中央線Ｃ２の下側の画素では、図７Ａと同じ向きになっており、中央線Ｃ２の上側の画素では、図７Ａとは反対の向きとなっている。
そして、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１１を含む、上層の第１層のダイクロイックプリズム１１，１２は、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂの反射面が中央線Ｃ１の側に向くように配置されている。下層の第２層のダイクロイックプリズム２１，２２は、ダイクロイックミラー４Ｃ，４Ｄの反射面が中央線Ｃ２の側を向くように配置されている。
【００６４】
なお、本実施の構成に対して、下層の第２層のダイクロイックプリズム２１，２２を、ダイクロイックミラー４Ｃ，４Ｄの反射面が中央線Ｃ２とは反対の側を向くように配置することも可能である。この配置とする場合には、画素配列を、図８に示した配列から、Ｇ及びＲの行とＢ及びＷの行とを逆にして、Ｇ及びＲの行が中心線Ｃ２に隣接するように配置すればよい。
【００６５】
本実施の形態においては、同じ色の画素がストライプ状に形成されていないため、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２は、ｘ方向及びｙ方向において、画素ごとに分離して形成する。
【００６６】
なお、１ユニットの４つのダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２のうち、光を反射させるだけで、光を透過させない、２つのダイクロイックプリズム１２及び２２には、ダイクロイックミラー４Ｂ，４Ｄの代わりに、単なる反射ミラーを用いても良い。例えば、金属膜（Ａｌ膜等）や合金膜から成る反射ミラーを使用することができる。
【００６７】
次に、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の一形態を、図９に示す。図９に示す配置では、緑Ｇの画素を中心として、左右の赤Ｒの画素の半分ずつと、前後の青Ｂの画素の半分ずつとにわたって、略正方形のマイクロレンズ６が配置されている。
この形態は、白Ｗの画素を撮像に使用しない場合のマイクロレンズ６の配置を示している。そのため、前後左右の４個のマイクロレンズ６が、白Ｗの画素上に集まっている。
この場合、緑Ｇの画素に集光させるので、白Ｗの画素への入射光はないため、白Ｗの画素には受光部を設ける必要がなく、赤・青・緑の３色の分光情報のみで信号処理を行うことができる。
なお、図９は、図８の撮像領域のうち、中央線Ｃ１と中央線Ｃ２で区切られた、左上の領域の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図８の撮像領域の、右上の領域、右下の領域、左下の領域では、それぞれ、マイクロレンズ６の下の画素の色の配置を、図８に対応して図９の配置から変更する。
【００６８】
また、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の他の形態を、図１０に示す。図１０に示す配置では、緑Ｇの画素及び白Ｗの画素をそれぞれ中心として、略正方形のマイクロレンズ６を、対角線が前後左右方向になるように、斜めに配置している。
この形態は、白Ｗの画素を撮像に使用する場合のマイクロレンズ６の配置を示している。そのため、緑Ｇの画素及び白Ｗの画素をそれぞれ中心としてマイクロレンズ６が配置され、赤Ｒ及び青Ｂの画素の上にそれぞれ４個のマイクロレンズ６が集まっている。
この場合、緑Ｇの画素と白Ｗの画素とに集光させて、白の輝度情報と、赤・緑・青の分光情報とを、信号処理して、画像を出力する。図１０の配置を図９の配置と比較すると、画素の大きさが同じであれば、空間解像度が高くなる。
なお、図１０は、図８の撮像領域のうち、中央線Ｃ１と中央線Ｃ２で区切られた、左上の領域の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図８の撮像領域の、右上の領域、右下の領域、左下の領域では、それぞれ、マイクロレンズ６の下の画素の色の配置を、図８に対応して図１０の配置から変更する。
【００６９】
上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２のダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの反射面の向きが撮像領域の中央線Ｃ１，Ｃ２に対称となるように配置されている。このため、中央線Ｃ１，Ｃ２の両側の画素において、入射光の反射面への入射角度を中央線Ｃ１，Ｃ２に対称とすることができる。これにより、斜めに入射した光に対する、中央線Ｃ１，Ｃ２の両側の画素における分光特性の差異を抑制することが可能になり、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になる。
【００７０】
また、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２の下方で、受光部１の上に、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが配置されている。このため、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの多層膜の製造時の公差によるばらつきや、入射角度の変化によって変化した分光特性を、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができる。これにより、画素の分光特性を揃えて、色純度を向上させることができる。また、多層膜の層数を低減しても、低減したことにより広がる透過帯域をカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができるので、充分な色純度を実現することが可能になる。
【００７１】
本実施の形態によれば、上述したように、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になると共に、入射角度や製造公差により変形した分光特性をカラーフィルタにおいて補正して色純度を向上することが可能となる。
これにより、色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を実現することができ、充分な色純度を有していて画質が良好である画像を得ることが可能になる。
【００７２】
また、ダイクロイックプリズム１１，１２，２１，２２とカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを共に用いる分光方式を採用しているため、カラーフィルタのみの分光方式よりも、光の利用効率を高めることが可能である。
そして、カラーフィルタにも分光特性の制御の役割を持たせることにより、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの多層膜の層数を増やさなくとも、色純度を高めることができる。
【００７３】
さらに、本実施の形態によれば、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１１を含む、上層の第１層のダイクロイックプリズム１１，１２が、ダイクロイックミラー４Ａ，４Ｂの反射面が撮像領域の中央線Ｃ１の側に向くように配置されている。
これにより、固体撮像素子に斜めに光が入射したときに、中央線Ｃ１の両側の画素において共に、ダイクロイックプリズム１１のダイクロイックミラー４Ａにおける分光特性の変化を、透過帯幅が広くなるようにすることができる。
従って、固体撮像素子に斜めに入射することによる感度の低下を防ぐことができ、色純度と感度を向上することができる。
【００７４】
＜４．第３の実施の形態（固体撮像素子）＞
本発明の第３の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図を、図１１〜図１４に示す。
本実施の形態は、画素配列はｘ方向にＲ／Ｇ／Ｂの３色を並べたストライプ画素配列として、かつ、単層のダイクロイックプリズムで分光する場合である。
図１１は６画素分の断面構造図を示し、図１２は撮像領域の画素配置の平面図と、対応するダイクロイックプリズムの配置を示す。また、図１３はマイクロレンズの配置の一形態の平面図を示し、図１４はマイクロレンズの配置の他の形態の平面図を示す。
【００７５】
本実施の形態の固体撮像素子は、図１１に示すように、カラーフィルタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒの上に、同じ層に配置された３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５が設けられている。それぞれのダイクロイックプリズム１３，１４，１５において、光が入射する表面には、多層膜によるダイクロイックミラー４Ｅ，４Ｆ，４Ｇが形成されている。
本実施の形態の固体撮像素子において、図１１中の太線で記載した枠が基本ユニットとなっている。基本ユニットの１組３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５及びその下の３画素は、ｘ方向に並べて配置される。
【００７６】
本実施の形態の固体撮像素子において、入射光は、マイクロレンズ６により、Ｒ／Ｇ／Ｂの３画素分の光を、緑Ｇの画素の上部に集光させて、コリメートレンズ５により、平行光になるように屈折させる。
そして、緑Ｇの画素に配置されたダイクロイックプリズム１３によって、青Ｂ及び赤Ｒの光は反射され、緑Ｇの光は透過して緑Ｇの画素の受光部１（Ｇ）へ導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム１３のダイクロイックミラー４Ｅは、緑Ｇの光は透過し、青Ｂ及び赤Ｒの光は反射する特性を有する。
次に、青Ｂの画素に配置されたダイクロイックプリズム１４によって、赤Ｒの光は透過され、青Ｂの光は反射して青Ｂの画素の受光部１（Ｂ）へ導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム１４のダイクロイックミラー４Ｆは、青Ｂの光は反射し、赤Ｒの光は透過する特性を有する。
さらに、赤Ｒの画素に配置されたダイクロイックプリズム１５によって、赤Ｒの光が反射されて赤Ｒの画素の受光部１（Ｒ）へ導かれる。即ち、ダイクロイックプリズム１５のダイクロイックミラー４Ｇは、赤Ｒの光を反射する特性を有する。
【００７７】
本実施の形態においては、図１１に太線の枠で示した３画素分の分光構造を１ユニットとして、多数のユニットが固体撮像素子の撮像領域内に配置される。
そして、図１２の平面図に示すように、ｙ方向（所謂垂直方向）には、同じ色の画素をストライプ状に配置する。ｘ方向（所謂水平方向）には、前述した画角中央に対応する、撮像領域の中央線Ｃに対称に、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素を配置する。これらの点は第１の実施の形態と同様である。
ただし、図１と図１１の断面構造図を比較してもわかるように、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の配置の順番が異なっており、図２及び図１２の平面図でも３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の配置の順番が異なっている。
ダイクロイックプリズム１３，１４，１５の配置は、図１２の上図に模式的に示すように、ｘ方向において撮像領域の中央線Ｃに対称となるように配置する。
なお、図１２において、下図の平面図の３色Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の位置と、上図のダイクロイックプリズム１３，１４，１５の位置とは上下に対応しているわけではない。実際には、図１１に示したように、ダイクロイックプリズム１３が緑Ｇの画素に配置され、ダイクロイックプリズム１４が青Ｂの画素に配置され、ダイクロイックプリズム１５が赤Ｒの画素に配置される。
【００７８】
１組３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５の配置は、撮像領域の中央線Ｃの左側の画素では、図１１と同じ向きになっており、中央線Ｃの右側の画素では、図１１とは反対の向きとなっている。
そして、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１３を含む、１組３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５は、ダイクロイックミラー４Ｄ，４Ｅ，４Ｆの反射面が中央線Ｃの側に向くように配置されている。
【００７９】
本実施の形態においては、同じ色の画素がｙ方向にストライプ状に配置されているので、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５は、ｙ方向には画素ごとに分離する必要はない。
従って、第１の実施の形態の図３と同様に、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５をｙ方向に連続した形状とすることができる。これにより、ダイクロイックプリズムのｙ方向も画素ごとに分離した場合と比較して、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５の製造工程を簡略化して、より容易に製造することができる。
【００８０】
なお、１組３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５のうち、光を反射させるだけで、光を透過させない、ダイクロイックプリズム１５には、ダイクロイックミラー４Ｆの代わりに、単なる反射ミラーを用いても良い。例えば、金属膜（Ａｌ膜等）や合金膜から成る反射ミラーを使用することができる。
【００８１】
次に、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の一形態を、図１３に示す。図１３に示す配置では、画素とマイクロレンズ６の形状は図４と同じであるが、画素の色の配列の順番とマイクロレンズ６の位置とが図４とは異なっている。マイクロレンズ６は、左から、赤Ｒの画素、緑Ｇの画素、青Ｂの画素、と並んだ３画素の上に配置されている。画素の配置は、図１２の中央線Ｃの左側に示すように、左から緑Ｇ、青Ｂ、赤Ｒと配置されているので、マイクロレンズ６の位置が１画素分左にずれている。
なお、図１３は、図１２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左側の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図１２の撮像領域の中央線Ｃの右側の画素では、図１３とは反対に、左から、青Ｂの画素、緑Ｇの画素、赤Ｒの画素、と並んだ３画素の上にマイクロレンズ６を配置する。また、マイクロレンズ６の位置は１画素分右にずらす。
このようにマイクロレンズ６を配置することから、図１２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左右１列ずつの赤Ｒの画素では、上にマイクロレンズ６がなくても構わない。
【００８２】
また、本実施の形態の固体撮像素子のマイクロレンズ６の配置の他の形態を、図１４に示す。図１４に示す配置では、画素とマイクロレンズ６の形状は図５と同じであるが、画素の色の配列の順番とマイクロレンズ６の位置とが図５とは異なっている。マイクロレンズ６は、左から、赤Ｒの画素、緑Ｇの画素、青Ｂの画素、と並んだ３画素の上に配置されている。画素の配置は、図１２の中央線Ｃの左側に示すように、左から緑Ｇ、青Ｂ、赤Ｒと配置されているので、マイクロレンズ６の位置が１画素分左にずれている。
なお、図１４は、図１２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左側の画素のマイクロレンズ６の配置を示している。図１２の撮像領域の中央線Ｃの右側の画素では、図１４とは反対に、左から、青Ｂの画素、緑Ｇの画素、赤Ｒの画素、と並んだ３画素の上にマイクロレンズ６を配置する。また、マイクロレンズ６の位置は１画素分右にずらす。
このようにマイクロレンズ６を配置することから、図１２の撮像領域のうち、中央線Ｃの左右１列ずつの赤Ｒの画素では、上にマイクロレンズ６がなくても構わない。
【００８３】
その他の構成は、図１〜図３に示した第１の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
【００８４】
上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５のダイクロイックミラー４Ｅ，４Ｆ，４Ｇの反射面の向きが撮像領域の中央線Ｃに対称となるように配置されている。このため、中央線Ｃの両側の画素において、入射光の反射面への入射角度を中央線Ｃに対称とすることができる。これにより、斜めに入射した光に対する、中央線Ｃの両側の画素における分光特性の差異を抑制することが可能になり、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になる。
【００８５】
また、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５の下方で、受光部１の上に、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが配置されている。このため、ダイクロイックミラー４Ｅ，４Ｆ，４Ｇの多層膜の製造時の公差によるばらつきや、入射角度の変化によって変化した分光特性を、カラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができる。これにより、画素の分光特性を揃えて、色純度を向上させることができる。また、多層膜の層数を低減しても、低減したことにより広がる透過帯域をカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂで補正することができるので、充分な色純度を実現することが可能になる。
【００８６】
本実施の形態によれば、上述したように、分光特性の差異による色ムラの発生を抑制することが可能になると共に、入射角度や製造公差により変形した分光特性をカラーフィルタにおいて補正して色純度を向上することが可能となる。
これにより、色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を実現することができ、充分な色純度を有していて画質が良好である画像を得ることが可能になる。
【００８７】
また、ダイクロイックプリズム１３，１４，１５とカラーフィルタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを共に用いる分光方式を採用しているため、カラーフィルタのみの分光方式よりも、光の利用効率を高めることが可能である。
そして、カラーフィルタにも分光特性の制御の役割を持たせることにより、ダイクロイックミラー４Ｅ，４Ｆ，４Ｇの多層膜の層数を増やさなくとも、色純度を高めることができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態によれば、入射光が最初に入射するダイクロイックプリズム１３を含む、１組３個のダイクロイックプリズム１３，１４，１５が、ダイクロイックミラー４Ｄ，４Ｅ，４Ｆの反射面が撮像領域の中央線Ｃの側に向くように配置されている。
これにより、固体撮像素子に斜めに光が入射したときに、中央線Ｃの両側の画素において共に、ダイクロイックプリズム１３のダイクロイックミラー４Ｄにおける分光特性の変化を、透過帯幅が広くなるようにすることができる。
従って、固体撮像素子に斜めに入射することによる感度の低下を防ぐことができ、色純度と感度を向上することができる。
【００８９】
さらにまた、本実施の形態では、ダイクロイックミラー１３，１４，１５を１層のみに配置しているので、第１の実施の形態や第２の実施の形態の構成と比較して、受光部１からマイクロレンズ６までの高さを低減することができる。
【００９０】
上述の各実施の形態では、ストライプ画素配列や、白Ｗの画素を含む２×２正方画素配列を採用していた。
本発明の固体撮像素子において、撮像領域の画素配列（画素の色配列）は、これらの画素配列に限定されるものではなく、他の画素配列を採用することも可能である。
【００９１】
＜５．第４の実施の形態（撮像装置）＞
本発明の第４の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）を、図１５に示す。
この撮像装置としては、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等が挙げられる。
【００９２】
図１５に示すように、この撮像装置５００は、固体撮像素子（図示せず）を備えた撮像部５０１を有している。この撮像部５０１の前段には、入射光を集光して像を結像させる結像光学系５０２が備えられている。また、撮像部５０１の後段には、撮像部５０１を駆動する駆動回路、固体撮像素子で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部５０３が接続されている。また、信号処理部５０３によって処理された画像信号は、画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。
このような撮像装置５００において、固体撮像素子として、前述した各実施の形態の固体撮像素子等、本発明の固体撮像素子を用いることができる。
【００９３】
本実施の形態の撮像装置５００によれば、本発明の固体撮像素子、即ち、前述したように、光の利用効率や色純度が充分に得られ、色再現性や入射角度依存性に優れた固体撮像素子を用いている。
これにより、固体撮像素子への光の入射角度が斜めに変化しても、色再現性に優れる良質な画像が得られる撮像装置５００を構成することができる、という利点がある。
【００９４】
なお、本発明の撮像装置は、図１５に示した構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる撮像装置であれば、適用することが可能である。
例えば、固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
本発明の撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器等、各種の撮像装置に適用することができる。また、「撮像」の広義の意味として、指紋検出装置等も含む。
【００９５】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００９６】
１  受光部、２Ｂ，２Ｇ，２Ｒ  カラーフィルタ、３  画素間遮光部、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ  ダイクロイックミラー、５  コリメートレンズ、６  マイクロレンズ、１０  第１層のダイクロイックプリズム、１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２  ダイクロイックプリズム、２０  第２層のダイクロイックプリズム、５００  撮像装置、５０１  撮像部、５０２  結像光学系、５０３  信号処理部
【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９】
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【図１０】
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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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１８】
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