JP2010011415A - 固体撮像装置及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】低色温度の照明を用いた時にも色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の画素が２次元状に配列された固体撮像装置であって、画素毎に、入射光のうち所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備え、色分離フィルタは、可視波長帯域と近赤外波長帯域との領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタと、可視近赤外フィルタに積層された近赤外正規化フィルタとを備え、近赤外正規化フィルタは、可視波長帯域と第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、可視波長帯域及び前記第１の近赤外波長帯域の間の第２の近赤外波長帯域において実質的に透明でないことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置及びカメラに関し、特に、可視光と近赤外光を検知する固体撮像装置が備えるカラーフィルタの色分離技術に関する。

近年、デジタルカメラや携帯電話機等、固体撮像装置の適用範囲が爆発的に拡大しつつあり、いずれの分野においてもカラー化が必須となっている。

図８は、従来技術に係る固体撮像装置に関する図である。図８（ａ）は、従来技術に係る固体撮像装置の画素配列を示す図である。図８（ｂ）は、従来技術に係る固体撮像装置における画素の分光特性を示す図である。

下記特許文献１では、図８に示すように、赤外カットフィルタを無くし、ＲＧＢの光成分を透過するカラーフィルタが配置された画素に加えて入射光中のＩＲ成分のみを透過する赤外光フィルタ（ＩＲフィルタ）を配置する。それによりＩＲ成分のみを検出する赤外受光画素を有した固体撮像素子が提案されている。

下記特許文献１の固体撮像素子において、赤外受光画素（以下、ＩＲ画素と記載。）が出力する信号は、ＩＲ成分に起因して生じる信号量に関する情報を各受光画素に与える参照信号となる。すなわち、ＩＲ画素からの参照信号を用いることで、ＲＧＢの各受光画素から出力される各色信号に含まれるＩＲ成分の影響を除去する色信号処理を行うことができる。

ここで、ＩＲ画素におけるカラーフィルタは、ＲフィルタとＢフィルタとを積層して構成される（例えば、下記特許文献１参照）。

なお、図８に示す上記の構成は、カラーフィルタとして顔料や染料などの有機材料を用いた場合（以下、有機フィルタと記載。）の固体撮像素子の構成である。カラーフィルタとして誘電体多層膜を用いた場合の固体撮像素子の構成も提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。

図９は、従来技術に係る固体撮像装置に関する図である。図９（ａ）は、下記特許文献２の固体撮像素子における、カラーフィルタとして誘電体多層膜を用いた場合のカラーフィルタの断面構成を示している。図９（ｂ）は、下記特許文献２の固体撮像素子におけるカラーフィルタの透過特性を示している。

下記特許文献２の固体撮像素子における誘電体多層膜を用いたカラーフィルタは、上述した有機フィルタと同様にＲ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの色分離が可能である。特許文献２ではＩＲフィルタの分光特性は記述されていないが、スペーサ層の膜厚変化で実現可能である。
特開２００６−２３７７３７号公報 国際公開第０５／０６９３７６号パンフレット

しかしながら、ＲＧＢ画素からの信号出力からＩＲ画素の参照信号を差分する際、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように各画素すなわちＲＧＢ画素における７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域の分光特性にばらつきがあるため、ＲＧＢ画素におけるＩＲ信号が差分しきれない。すなわち、ＲＧＢ画素からＩＲ信号が差分しきれないまたはＲＧＢ画素からＩＲ信号を差分しすぎてしまう。そのため、ＲＧＢ画素の本来視認される発光色からずれる色ずれが生じてしまう。特に低色温度の照明に対して色ずれが起こる。

本発明は、上記のような問題に鑑みて為されたものであって、低色温度の照明を用いた時にも色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素が２次元状に配列された固体撮像装置であって、画素毎に、入射光のうち所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備え、前記色分離フィルタは、可視波長帯域と近赤外波長帯域との領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタと、前記可視近赤外フィルタに積層された近赤外正規化フィルタとを備え、前記近赤外正規化フィルタは、可視波長帯域と第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、前記可視波長帯域と前記第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域において実質的に透明でないことを特徴とする。

このようにすれば、可視近赤外フィルタと近赤外正規化フィルタの２つのフィルタの積層構成による分光特性により、色分離フィルタの７００ｎｍ以上の分光特性をＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ画素においてほぼ同じにすることが可能となる。したがって、低色温度の照明を用いたときにおいても色ずれが起こることなく、高い色再現性を実現することができる。

また、前記第１の近赤外波長帯域の帯域幅は、１００ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。

この構成により、複数の色分離フィルタにおいて第１の近赤外領域の透過帯域をほぼ等しくすることが可能となる。

また、前記第１の近赤外波長帯域の帯域中心波長は、７００ｎｍ以上であってもよい。

この構成により、近赤外領域の光を選択的に透過する色分離フィルタが実現可能となる。

また、前記第２の近赤外波長帯域における短波長側の帯域端は、波長６００〜７００ｎｍであってもよい。

この構成により、赤外カットフィルタが無くても色の再現性が高い固体撮像装置を提供することができる。

また、前記可視近赤外フィルタは、多層膜干渉フィルタであり、前記多層膜干渉フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₁とした場合に、λ₁／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、前記第１の層の光学膜厚と等しいλ₁／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、前記第１の層及び第２の層からなる２つのλ／４多層膜と、前記２つのλ／４多層膜の間に形成され、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第１のスペーサ層とを備えてもよい。

このようにすれば、多層膜干渉フィルタを用いて色分離することが可能となり、高い信頼性を実現することができる。

また、前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、少なくとも第１の画素及び第２の画素を備え、前記第１の画素及び第２の画素はそれぞれ、対応する第１のスペーサ層で異なる光学膜厚を有してもよい。

このようにすれば、スペーサ層の膜厚変化のみで色分離することが可能となり、多層膜の形成プロセスが容易になる。

また、前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、第１の画素、第２の画素、第３の画素、及び第４の画素を備え、前記第１及び第２の層は、λ₁／４の光学膜厚を有し、前記第１のスペーサ層は、前記第１の画素、前記第２の画素、前記第３の画素、及び前記第４の画素のそれぞれにおいて、異なる４種類の光学膜厚を有し、第１の画素における第１のスペーサ層は、０の光学膜厚を有し、第２の画素における第１のスペーサ層は、０以上λ₁／４以下の光学膜厚を有し、第３の画素における第１のスペーサ層は、λ₁／４に略等しい光学膜厚を有し、第４の画素における第１のスペーサ層は、λ₁／４以上λ₁／２以下の光学膜厚を有してもよい。

このようにすれば、スペーサ層の膜厚変化のみで色分離することが可能となり、多層膜の形成プロセスが容易になる。

また、前記可視近赤外フィルタは、多層膜干渉フィルタであり、前記多層膜干渉フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₁とした場合に、λ₁／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、前記第１の層の光学膜厚と等しいλ₁／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第１のスペーサ層とを備え、前記多層膜干渉フィルタでは、前記第１の層、前記第１のスペーサ層及び前記第１の層の順に積層された３層膜が複数形成され、かつ、前記第２の層が複数の前記３層膜の間に形成されていてもよい。

このようにすれば、多層膜干渉フィルタを用いて色分離することが可能となり、高い信頼性を実現することができる。

また、前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、少なくとも第１の画素及び第２の画素を備え、前記第１の画素及び第２の画素はそれぞれ、対応する複数の前記第１のスペーサ層で異なる膜厚を有してもよい。

このようにすれば、複数のスペーサ層の膜厚変化のみで色分離を行うことが可能となる。また、複数のスペーサ層を用いることで色分離性に優れたカラーフィルタを実現することができる。

また、前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、第１の画素、第２の画素、第３の画素、及び第４の画素を備え、前記第１及び第２の層は、λ₁／４の光学膜厚を有し、前記複数の前記第１のスペーサ層は、前記第１の画素、前記第２の画素、前記第３の画素、及び前記第４の画素のそれぞれにおいて異なる４種類の光学膜厚を有し、前記第１の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、０以上λ₁／４以下の光学膜厚を有し、前記第２の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／４に略等しい光学膜厚を有し、前記第３の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／４以上λ₁／２以下の光学膜厚を有し、前記第４の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／２に略等しい光学膜厚を有してもよい。

このようにすることで、広帯域で、優れた透過特性をもつカラーフィルタを実現することができる。

また、前記近赤外正規化フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₂とした場合に、λ₂／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第３の層と、前記第３の層の光学膜厚と等しいλ₂／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第４の層と、前記第３の層及び第４の層からなる２つのλ／４多層膜と、前記２つのλ／４多層膜の間に形成され、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第２のスペーサ層とを備えてもよい。

このようにすれば、可視光の広い領域と近赤外光を選択的に透過させることが可能となる。

また、前記近赤外正規化フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₂とした場合に、λ₂／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第３の層と、前記第３の層の光学膜厚と等しいλ₂／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第４の層と、前記第３の層及び第４の層からなる２つのλ／４多層膜と、前記λ／４多層膜に含まれ、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第２のスペーサ層とを備え、前記第２のスペーサ層は、λ₂／２の膜厚を有してもよい。

このようにすれば、色分離フィルタの形成後に行われる素子の平坦化プロセスを容易にすることができる。

また、前記設定波長λ₁は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚を有し、前記設定波長λ₂は、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の膜厚であってもよい。

このようにすれば、可視光と近赤外光を撮像するために用いる固体撮像装置のための優れた色分離フィルタを実現することができる。

また、前記可視近赤外フィルタ及び近赤外正規化フィルタは同じ材料を用いて形成されていてもよい。

このようにすれば、多層膜干渉フィルタの製造コストを低減することができる。

以下、本発明に係る固体撮像装置及びカメラの実施の形態について、デジタルスチルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態に係るデジタルスチルカメラの構成について説明する。

図１は、本実施の形態１に係るデジタルスチルカメラの主要な機能構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、本実施の形態に係るデジタルスチルカメラ１は、レンズ１０１、固体撮像装置１０２、色信号合成部１０３、映像信号作成部１０４及び素子駆動部１０５を備えている。

レンズ１０１は、デジタルスチルカメラ１に入射した光を固体撮像装置１０２の撮像領域上に結像させる。

固体撮像装置１０２は、入射光を光電変換して色信号を生成するＭＯＳ型イメージセンサ等である。

素子駆動部１０５は、固体撮像装置１０２から色信号を取り出す回路である。

色信号合成部１０３は、固体撮像装置１０２から受け付けた色信号に色シェーディングを施すＤＳＰ等である。

映像信号作成部１０４は、色信号合成部１０３で色シェーディングを施された色信号からカラー映像信号を生成するＤＳＰ等である。

なお、カラー映像信号は、最終的にカラー画像データとして記録媒体に記録される。

次に、固体撮像装置１０２の構成について説明する。

図２は、本実施の形態１に係る固体撮像装置１０２の概略構成を示す図である。

図２に示されるように、固体撮像装置１０２は、２次元配列された単位画素２０１の各行を垂直シフトレジスタ２０２により選択し、その行信号を水平シフトレジスタ２０３により選択して、単位画素２０１毎のカラー信号を出力アンプ２０４から出力する。つまり、固体撮像装置１０２では、駆動回路２０５が垂直シフトレジスタ２０２、水平シフトレジスタ２０３及び出力アンプ２０４を駆動する。

単位画素２０１は、図２に示されるように、複数形成されており、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、ＩＲ（赤外）のいずれかの信号を出力する画素である。

図３は、本実施の形態１に係る固体撮像装置１０２の単位画素２０１の断面図である。

図３に示されるように、固体撮像装置１０２では、Ｎ型半導体層３０１上にＰ型半導体層３０２、層間絶縁膜３０４、色分離フィルタ３０６及び集光レンズ３０７が順次積層されている。また、Ｐ型半導体層３０２の層間絶縁膜３０４側にはＮ型不純物がイオン注入されてなるフォトダイオード３０３が単位画素２０１毎に形成されている。隣り合うフォトダイオード３０３の間にはＰ型半導体層（素子分離領域という）が介在している。また、層間絶縁膜３０４中には遮光膜３０５が形成されている。個々のフォトダイオード３０３と集光レンズ３０７とは対応関係にあり、遮光膜３０５は集光レンズ３０７を透過した光が対応関係にないフォトダイオード３０３に入射するのを防ぐ。

色分離フィルタ３０６は、固体撮像装置１０２への入射光をＲ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの光に色分離を行う可視近赤外フィルタ３０６ａと、可視光及び近赤外光を透過する近赤外正規化フィルタ３０６ｂとを積層した構成を有する。この固体撮像装置１０２は、このような色分離フィルタ３０６を備えることで、ＲＧＢ画素における波長７００ｎｍ〜８５０ｎｍの分光特性のばらつきを抑制することができる。ただし、詳細は後述する。

図４は、本実施の形態１に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。

図４（ａ）は、色分離フィルタ３０６における可視光の色分離を行う可視近赤外フィルタ３０６ａの構成の概略を示す図であり、図４（ｂ）は、その可視近赤外フィルタ３０６ａの分光特性を示している。図４（ｃ）は、その可視近赤外フィルタ３０６ａにおける可視光と近赤外光とを選択的に透過する近赤外正規化フィルタ３０６ｂの構成の概略を示す図であり、図４（ｄ）は、その近赤外正規化フィルタ３０６ｂの分光特性を示している。図４（ｅ）は、可視近赤外フィルタ３０６ａ及び近赤外正規化フィルタ３０６ｂから構成される色分離フィルタ３０６の分光特性を示している。

［可視近赤外フィルタ３０６ａの構成及び透過特性］
可視近赤外フィルタ３０６ａは下記に説明する層構成からなる。

可視近赤外フィルタ３０６ａは、入射光の設定波長をλ₁（例えば、５３０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ₁の１／４に略等しい光学膜厚を有し、高屈折率材料からなる第１の層と低屈折率材料からなる第２の層とで構成される屈折率が異なる２種類の材料で形成されたλ／４多層膜を２組有する。ここで、「光学膜厚」とは、物理膜厚に屈折率を乗じて得られる数値をいう。

具体的には、可視近赤外フィルタ３０６ａは、第１の層４０２、第２の層４０３及び第１の層４０４が順次形成された１組目のλ／４多層膜と、第１の層４０６、第２の層４０７及び第１の層４０８が順次積層された２組目のλ／４多層膜との２組のλ／４多層膜を有する。この２組のλ／４多層膜間には、低屈折率材料からなる第１のスペーサ層４０５（「欠陥層」または「共振層」ともいう。）が形成される。

可視近赤外フィルタ３０６ａの層数は、図４（ａ）に示されるように、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）及び近赤外（ＩＲ）の画素領域においては７層であり、緑色（Ｇ）領域においては５層である。

また、屈折率が異なる２種類の材料の層のうち、第１の層４０２、４０４、４０６及び４０８は、具体的には、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）からなる高屈折率材料で構成されており、第２の層４０３及び４０７は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。

第１のスペーサ層４０５は、可視近赤外フィルタ３０６ａの単位画素２０１において透過させる光に応じた光学膜厚を有している。そのため、可視近赤外フィルタ３０６ａ全体の物理的な膜厚も単位画素２０１において透過させる光毎に異なっている。可視近赤外フィルタ３０６ａの物理的な膜厚は、赤色（Ｒ）領域、緑色（Ｇ）領域、青色（Ｂ）領域及び近赤外（ＩＲ）領域のそれぞれに対して、４２１［ｎｍ］、３９０［ｎｍ］、５２３［ｎｍ］及び４８１［ｎｍ］となっている。したがって、第１のスペーサ層４０５は、透過対象の光を制御するために用いられる層であり、その膜厚を変えることによって、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）または近赤外（ＩＲ）の光を透過させる。

また、可視近赤外フィルタ３０６ａでは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び近赤外（ＩＲ）の何れの領域においても光学膜厚が等しい、第１の層４０２、４０４、４０６及び４０８と、第２の層４０３及び４０７とが形成されている。

ここで、λ／４膜の膜厚を決定する設定波長λ₁は５３０ｎｍであるため、第１及び第２の層の光学膜厚は１３２．５ｎｍとなる。波長５３０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．５３、二酸化珪素の屈折率は１４８であるため、二酸化チタンからなる第１の層の物理膜厚は５２ｎｍ、及び第２の層の物理膜厚は９１ｎｍとなる。

具体的には、物理膜厚５２［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第１の層４０２及び４０４と、物理膜厚９１［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第２の層４０３とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。また、物理膜厚５２［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第１の層４０６及び４０８と、物理膜厚９１［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第２の層４０７とによりもう１組のλ／４多層膜が形成されている。

さらに、２組のλ／４多層膜間には、二酸化珪素からなる低屈折率材料の第１のスペーサ層４０５が形成されており、透過させる光の毎、すなわち青色領域（Ｂ）、赤色領域（Ｒ）、緑色領域（Ｇ）及び近赤外領域（ＩＲ）で異なっている。具体的には、第１のスペーサ層４０５では、青色領域：１３３［ｎｍ］、赤色領域：３１［ｎｍ］、緑色領域：０［ｎｍ］、近赤外領域：９１［ｎｍ］の異なる物理膜厚が形成されている。

以上のように、固体撮像装置１０２の可視近赤外フィルタ３０６ａは、基板４０１上に形成されている。また、可視近赤外フィルタ３０６ａ上にはＴＥＯＳ平坦化膜４０９が形成されている。

したがって、可視近赤外フィルタ３０６ａを上記の構成とすることで、第１のスペーサ層４０５の膜厚を変化させることのみで色分離を実現することができる。

また、図４（ｂ）は、本実施の形態１に係る可視近赤外フィルタ３０６ａの分光特性を示す図であり、マトリクス法を用いて算出された設計結果を示している。図４（ｂ）に示すグラフでは、縦軸は透過率を表し、横軸は透過光の波長を表している。また、図４（ｂ）では、グラフ４１１、４１２、４１３及び４１４はそれぞれ可視近赤外フィルタ３０６ａの青色領域、緑色領域、赤色領域及び近赤外領域の分光特性を示している。なお、分光特性の算出にあたって、図４（ｂ）について、設定中心波長λは５３０ｎｍとしている。

図４（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０２の可視近赤外フィルタ３０６ａでは、ＲＧＢ及びＩＲの色分離を実現することができるが、７００ｎｍ〜８５０ｎｍにおけるＲＧＢの分光特性にばらつきがある。

［近赤外正規化フィルタの構成及び透過特性］
近赤外正規化フィルタ３０６ｂは下記に説明する層構成からなる。入射光の設定波長をλ₂（例えば、８５０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ₂の１／４に略等しい光学膜厚を有し、高屈折率材料からなる第３の層と低屈折率材料からなる第４の層とで構成される屈折率が異なる２種類の材料の層で形成されたλ／４多層膜を２組有する。具体的には、近赤外正規化フィルタ３０６ｂは、第３の層４２２、第４の層４２３、第３の層４２４、第４の層４２５及び第３の層４２６が順次形成された１組目のλ／４多層膜と、第３の層４２７、第４の層４２８、第３の層４２９、第４の層４３０及び第３の層４３１が順次積層された２組目のλ／４多層膜とを有する。この２組のλ／４多層膜間には、低屈折率材料からなる第２のスペーサ層４３３が形成される。

また、短波長領域の透過率向上のため、第３の層４２２のＮ型半導体層３０１側及び第３の層４３１の集光レンズ３０７側には、それぞれ低屈折率材料からなるλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。

ここで、図４（ｃ）に示されるように、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び近赤外（ＩＲ）の画素領域における近赤外正規化フィルタ３０６ｂの層数は１１層である。

また、屈折率が異なる２種類の材料の層のうち、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１は、具体的には、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）からなる高屈折率材料で構成されており、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。また、λ／８膜４２１及び４３２も、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。

また、近赤外正規化フィルタ３０６ｂでは、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び近赤外（ＩＲ）の何れの領域においても光学膜厚が等しい、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とが形成されている。

ここで、λ／４膜の膜厚を決定する設定波長λ₂は８５０ｎｍであるため、第１及び第２の層の光学膜厚は２１２．５ｎｍとなる。波長８５０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．４１、二酸化珪素の屈折率は１．４４であるため、二酸化チタンからなる第３の層の物理膜厚は８８ｎｍ、及び第２の層の物理膜厚は１４８ｎｍとなる。

具体的には、物理膜厚８８［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第３の層４２２、４２４及び４２６と、物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第４の層４２３及び４２５とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。また、物理膜厚８８［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第３の層４２７、４２９及び４３１と、物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第４の層４２８及び４３０とによりもう１組のλ／４多層膜が形成されている。さらに、第３の層４２２のＮ型半導体層３０１側及び第３の層４３１の集光レンズ３０７側には、それぞれ物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料のλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。また、２組のλ／４多層膜間には、物理膜厚０［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第２のスペーサ層４３３が形成されている。

図４（ｄ）は、本発明の形態１に係る近赤外正規化フィルタ３０６ｂの分光特性を示す図であり、マトリクス法を用いて算出された設計結果を示している。図４（ｄ）に示すグラフでは、縦軸は透過率を表わし、横軸は透過光の波長を表している。図４（ｄ）では、グラフ４３４は、近赤外正規化フィルタ３０６ｂの近赤外領域の分光特性を示している。なお、分光特性の算出にあたって、図４（ｄ）について、設定中心波長λは８５０ｎｍとしている。

図４（ｄ）に示されるように、近赤外正規化フィルタ３０６ｂでは、近赤外光領域と可視光領域との帯域で実質的に透明であり、実質的に透明である近赤外光領域の帯域では、７００ｎｍ以上で帯域中心波長があり、６００〜７００ｎｍに帯域端がある。また、実質的に透明である近赤外光領域の帯域は、１００ｎｍ以下、すなわち半値幅が５０ｎｍ程度でありスソ付近の帯域幅が１００ｎｍ以下である。実質的に透明な可視光領域の帯域では、６００〜７００ｎｍに帯域端があり、７００ｎｍ以下の波長の可視光（ここではＲＧＢ）を透過させる。また、図４（ｄ）に示すように近赤外正規化フィルタ３０６ｂは、７００〜８００ｎｍの近赤外波長帯域では実質的に透明でない。ここで実質的に透明とは、光を透過する透過率が８０％以上ある場合を意味し、実質的に透明でない場合とは、透過率が２０％以下である場合を意味する。

以上のように、固体撮像装置１０２の近赤外正規化フィルタ３０６ｂを上記の構成とすることで、可視光と近赤外光を選択的に透過するフィルタを実現することができる。

［色分離フィルタの構成及び透過特性］
固体撮像装置１０２に形成される色分離フィルタ３０６は、上記の可視近赤外フィルタ３０６ａ及び近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層した構成である。図４（ｅ）は、色分離フィルタ３０６の透過特性を示している。図４（ｅ）により色分離フィルタ３０６は７００ｎｍ以上の近赤外領域の波長領域において（具体的には、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域に）赤色画素、緑色画素、青色画素、近赤外画素の分光特性がほぼ一致していることが分かる。

固体撮像装置１０２では、ＲＧＢ及びＩＲの色分離を実現することができるが、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でＲＧＢの分光特性にばらつきがある可視近赤外フィルタ３０６ａに、図４（ｄ）に示すように実質的に透明である近赤外光領域と可視光領域との帯域と実質的に透明でない７００〜８００ｎｍの近赤外波長帯域との特性をもつ近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層して色分離フィルタ３０６を形成することにより、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でのＲＧＢ及びＩＲの分光特性をほぼ一致させることができる。

したがって、本実施の形態１における固体撮像装置１０２を用いると、低色温度の照明を用いた場合においても近赤外光領域からの信号出力を参照信号とした信号処理によって高い色再現性を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２に係る固体撮像装置１０２の単位画素２０１の断面図である。本実施の形態２における固体撮像装置１０２は、可視近赤外フィルタ３０６ａの膜構成が異なる点で実施の形態１とは異なっている。近赤外正規化フィルタ３０６ｂや、その他の構成は実施の形態１と同じであるので説明は省略する。

図６は、本実施の形態１に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。

［可視近赤外フィルタの構成及び透過特性］
図６（ａ）は、色分離フィルタ３０６における可視光の色分離を行う可視近赤外フィルタ３０６ａの構成の概略を示す図である。可視近赤外フィルタ３０６ａは下記に説明する層構成からなる。

可視近赤外フィルタ３０６ａは、入射光の設定波長をλ₁（例えば、５３０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ₁の１／４に略等しい光学膜厚を有し、屈折率が異なる２種類の材料の層（第１の層６０４及び６０６と第２の層６０５）で構成した３層を、第１のスペーサ層（「欠陥層」または「共振層」ともいう。）６０３及び６０７で挟み、さらに、その構造を上記λ₁／４膜である第１の層６０２、６０８挟んだ構造となっている。言い換えると、第１のスペーサ層６０３及び６０７のそれぞれを、第１の層６０２及び６０４と第１の層６０６及び６０８との間に形成する。すなわち、可視近赤外フィルタ３０６ａは、第１の層６０６、第１のスペーサ層６０７、第１の層６０８で構成される３層膜と、第１の層６０２、第１のスペーサ層６０３、第１の層６０４で構成される３層膜とが形成されている。そして、さらにその２つの３層膜の間に、第２の層６０５が形成されている。したがって、図６（ａ）に示すように層数は７層となっている。 また、屈折率が異なる２種類の材料の層のうち、第１の層６０２、６０４、６０６及び６０８は、具体的には、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）からなる高屈折率材料で構成されており、第２の層６０５は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。

第１のスペーサ層６０７及び６０３は、可視近赤外フィルタ３０６ａの単位画素２０１における透過させる光に応じた光学膜厚を有している。そのため、可視近赤外フィルタ３０６ａ全体の物理的な膜厚も単位画素２０１において透過させる光毎に異なっている。可視近赤外フィルタ３０６ａの物理的な膜厚は、赤色（Ｒ）領域、緑色（Ｇ）領域、青色（Ｂ）領域、及び近赤外（ＩＲ）領域のそれぞれに対して、３８９［ｎｍ］、６６９［ｎｍ］、５７９［ｎｍ］及び４８１［ｎｍ］となっている。すなわち、第１のスペーサ層６０７及び６０３は、透過対象の光を制御するために用いられる層であり、その膜厚を変えることによって、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）または近赤外（ＩＲ）の光を透過させる。

また、可視近赤外フィルタ３０６ａでは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び近赤外（ＩＲ）の何れの領域においても光学膜厚が等しい、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とが形成されている。

ここで、λ／４膜の膜厚を決定する設定波長λ₁は５３０ｎｍであるため、第１及び第２の層の光学膜厚は１３２．５ｎｍとなる。波長５３０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．５３、二酸化珪素の屈折率は１４８であるため、二酸化チタンからなる第１の層の物理膜厚は５２ｎｍ、及び第２の層の物理膜厚は９１ｎｍとなる。

具体的には、物理膜厚５２［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第１の層６０４及び６０６と物理膜厚９１［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第２の層６０５とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。その両側に、すなわち、第１の層６０４のＮ型半導体層３０１側及び第１の層６０６の集光レンズ３０７側には、単位画素２０１毎に光学膜厚が等しい低屈折率材料からなる第１のスペーサ層６０３及び６０７が形成されている。

第１のスペーサ層６０３及び６０７は、透過させる光の毎、すなわち青色領域（Ｂ）、赤色領域（Ｒ）、緑色領域（Ｇ）及び近赤外領域（ＩＲ）で異なっている。具体的には、第１のスペーサ層６０３及び６０７では、青色領域：１４０［ｎｍ］、赤色領域：４５［ｎｍ］、緑色領域：１８２［ｎｍ］、近赤外領域：９１ｎｍ［ｎｍ］で異なる物理膜厚が形成されている。

さらに、第１のスペーサ層６０３のＮ型半導体層３０１側及び第１のスペーサ層６０７の集光レンズ３０７側には、物理膜厚５２［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第１の層６０２、６０８がそれぞれ形成されている。

以上のように、固体撮像装置１０２の可視近赤外フィルタ３０６ａは、基板６０１上に形成されている。また、可視近赤外フィルタ３０６ａ上にはＴＥＯＳ平坦化膜６０９が形成されている。ここで、上記の設定波長である「λ₁」は、５３０［ｎｍ］である。

したがって、可視近赤外フィルタ３０６ａを上記の構成とすることで、第１のスペーサ層６０３及び６０７の膜厚を変化させることのみで色分離を実現することができる。

また、図６（ｂ）は、本発明の形態２に係る可視近赤外フィルタ３０６ａの分光特性を示す図であり、マトリクス法を用いて算出された設計結果を示している。図６（ｂ）に示すグラフでは、縦軸は透過率を表し、横軸は透過光の波長を表している。また、図６（ｂ）では、グラフ６１１、６１２、６１３及び６１４はそれぞれ可視近赤外フィルタ３０６ａの青色領域、緑色領域、赤色領域及び近赤外領域の分光特性を示している。

ここで、実施の形態１と比較すると、ＲＧＢの透過帯域が拡大できていることが分かる。

すなわち、実施の形態２における可視近赤外フィルタ３０６ａでは、実施の形態１における可視近赤外フィルタ３０６ａに比べると、第１のスペーサ層が２層となり、多層膜の形成プロセスが増える、すなわち工程数が増加し、加工性が若干悪くなるが、ＲＧＢの色の再現性がよいという効果を得られる。なお、分光特性の算出にあたって、図６（ｂ）について、設定中心波長λは５３０ｎｍとしている。

なお、図６（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０２の可視近赤外フィルタ３０６ａでは、ＲＧＢ及びＩＲの色分離を実現することができるが、７００ｎｍ〜８５０ｎｍにおけるＲＧＢの分光特性にばらつきがある。

［色分離フィルタの構成及び透過特性］
固体撮像装置１０２に形成される色分離フィルタ３０６は、上記の可視近赤外フィルタ３０６ａ及び近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層した構成である。図６（ｅ）は、色分離フィルタ３０６の透過特性を示している。図６（ｅ）より色分離フィルタ３０６は７００ｎｍ以上の近赤外領域の波長領域において（具体的には、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域に）赤色領域、緑色領域、青色領域、近赤外光領域における分光特性がほぼ一致していることが分かる。

固体撮像装置１０２では、ＲＧＢ及びＩＲの色分離を実現することができるが、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でＲＧＢの分光特性にばらつきがある可視近赤外フィルタ３０６ａに、図６（ｄ）に示すように実質的に透明である近赤外光領域と可視光領域との帯域と実質的に透明でない７００〜８００ｎｍの近赤外波長帯域との特性をもつ近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層して色分離フィルタ３０６を形成することにより、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でのＲＧＢ及びＩＲの分光特性をほぼ一致させることができる。

したがって、本実施の形態２における固体撮像装置１０２を用いると、低色温度の照明を用いた場合においても近赤外光領域からの信号出力を参照信号とした信号処理によって高い色再現性を実現することができる。

（実施の形態３）
図７は、本実施の形態３に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。本実施の形態３における固体撮像装置１０２は、近赤外正規化フィルタ３０６ｂのＲ画素（赤色領域の画素）に第２のスペーサ層４３３が挿入されている点で、実施の形態２とは異なっている。その他の構成は実施の形態２と同じであるので説明は省略する。

［近赤外正規化フィルタの構成及び透過特性］
近赤外正規化フィルタ３０６ｂは下記に説明する層構成からなる。入射光の設定波長をλ₂（例えば、８５０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ₂の１／４に略等しい光学膜厚を有し、高屈折率材料からなる第３の層と低屈折率材料からなる第４の層とで構成される屈折率が異なる２種類の材料の層で形成されたλ／４多層膜を２組有する。具体的には、近赤外正規化フィルタ３０６ｂは、第３の層４２２、第４の層４２３、第３の層４２４、第４の層４２５及び第３の層４２６が順次形成された１組目のλ／４多層膜と、第３の層４２７、第４の層４２８、第３の層４２９、第４の層４３０及び第３の層４３１が順次積層された２組目のλ／４多層膜とを有する。この２組のλ／４多層膜間には、低屈折率材料からなる第２のスペーサ層４３３が形成される。

また、短波長領域の透過率向上のため、第３の層４２２のＮ型半導体層３０１側及び第３の層４３１の集光レンズ３０７側にはそれぞれ低屈折率材料からなるλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。

ここで、図７（ｃ）に示されるように、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）及び近赤外（ＩＲ）の画素領域における近赤外正規化フィルタ３０６ｂの層数は１１層であり、赤色（Ｒ）の画素領域における近赤外正規化フィルタ３０６ｂの層数は１３層である。

また、屈折率が異なる２種類の材料の層のうち、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１は、具体的には、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）からなる高屈折率材料で構成されており、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。第２のスペーサ層４３３は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成される。λ／８膜４２１及び４３２も、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率材料で構成されている。

また、近赤外正規化フィルタ３０６ｂでは、第２のスペーサ層４３３を除くと青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び近赤外（ＩＲ）の何れの領域においても光学膜厚が等しい、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とが形成されている。

ここで、λ／４膜の膜厚を決定する設定波長λ₂は８５０ｎｍであるため、第１及び第２の層の光学膜厚は２１２．５ｎｍとなる。波長８５０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．４１、二酸化珪素の屈折率は１．４４であるため、二酸化チタンからなる第３の層の物理膜厚は８８ｎｍ、及び第２の層の物理膜厚は１４８ｎｍとなる。

具体的には、物理膜厚８８［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第３の層４２２、４２４及び４２６と、物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第４の層４２３及び４２５とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。また、物理膜厚８８［ｎｍ］の二酸化チタンからなる高屈折率材料の第３の層４２７、４２９及び４３１と、物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料の第４の層４２８及び４３０とによりもう１組のλ／４多層膜が形成されている。さらに、第３の層４２２のＮ型半導体層３０１側及び第３の層４３１の集光レンズ３０７側には、それぞれ物理膜厚１４８［ｎｍ］の二酸化珪素からなる低屈折率材料のλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。

また、２組のλ／４多層膜間には、二酸化珪素からなる低屈折率材料の第２のスペーサ層４３３が形成されており、青色領域（Ｂ）、緑色領域（Ｇ）及び近赤外領域（ＩＲ）と赤色領域（Ｒ）とで第２のスペーサ層４３３の光学膜厚が異なっている。光学膜厚が異なるため、物理膜厚も異なり、具体的には、青色領域、緑色領域及び近赤外光領域：０［ｎｍ］と赤色領域：２９６ｎｍとで異なる物理膜厚で構成される第２のスペーサ層４３３が形成されている。

ここで、第２のスペーサ層４３３の赤色領域では、λ／４を２段入れた光学膜厚で構成される。例えばλ／４を１段のみ入れた光学膜厚で構成する場合、物性が変わってしまうため、λ／４を２段入れている。物性を変えないよう対称性を確保するため、λ／４を２段入れた光学膜厚の構成にすることで、赤色領域（Ｒ）の光学膜厚が、青色領域（Ｂ）、緑色領域（Ｇ）及び近赤外領域（ＩＲ）と同じ場合、すなわちλ／４を０段入れた（入れない場合）光学膜厚と同じ分光特性にすることができる。

図７（ｄ）は、本発明の形態３に係る近赤外正規化フィルタ３０６ｂの分光特性を示す図であり、マトリクス法を用いて算出された設計結果を示している。図７（ｄ）に示すグラフでは、縦軸は透過率を表し、横軸は透過光の波長を表している。図７（ｄ）では、グラフ７３４はそれぞれ近赤外正規化フィルタ３０６ｂの分光特性をしている。なお、分光特性の算出にあたって、図７（ｄ）について、設定中心波長λは８５０ｎｍとしている。

図７（ｄ）に示されるように、近赤外正規化フィルタ３０６ｂは、実施の形態１及び実施の形態２の近赤外正規化フィルタ３０６ｂ同様に、示すように実質的に透明である近赤外光領域と可視光領域との帯域と実質的に透明でない７００〜８００ｎｍの近赤外波長帯域との特性をもつ。

以上のように、固体撮像装置１０２の近赤外正規化フィルタ３０６ｂを上記の構成とすることで、可視光と近赤外光を選択的に透過するフィルタを実現することができる。

［色分離フィルタの構成及び透過特性］
固体撮像装置１０２に形成される色分離フィルタ３０６は、上記の可視近赤外フィルタ３０６ａ及び近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層した構成である。図７（ｅ）は、色分離フィルタ３０６の透過特性を示している。図７（ｅ）より色分離フィルタ３０６は７００ｎｍ以上の近赤外領域の波長領域において（具体的には、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域に）赤色領域、緑色領域、青色領域、近赤外光領域における分光特性がほぼ一致していることが分かる。

固体撮像装置１０２では、実施の形態１及び２同様に、ＲＧＢ及びＩＲの色分離を実現することができるが、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でＲＧＢの分光特性にばらつきがある可視近赤外フィルタ３０６ａに示すように実質的に透明である近赤外光領域と可視光領域との帯域と実質的に透明でない７００〜８００ｎｍの近赤外波長帯域との特性をもつ近赤外正規化フィルタ３０６ｂを積層して色分離フィルタ３０６を形成することにより、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの領域でのＲＧＢ及びＩＲの分光特性をほぼ一致させることができる。

したがって、本実施の形態３における固体撮像装置１０２を用いると、低色温度の照明を用いた場合においても近赤外光領域からの信号出力を参照信号とした信号処理によって高い色再現性を実現することができる。

さらに、赤色領域における近赤外正規化フィルタ３０６ｂの第２のスペーサ層４３３の膜厚を２９６ｎｍとすることにより、フィルタ間での最大膜厚差は緑色領域と近赤外領域の１８８ｎｍとなる。実施の形態１における最大膜厚差は緑色領域と赤色領域の２８０ｎｍであったが、本実施の形態３では膜厚差を９２ｎｍ低減することができる。したがって、色分離フィルタ３０６の形成後に行われる素子の平坦化プロセスを容易にすることができる。

（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上記実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１）上記実施の形態においては、高屈折率層の材料として二酸化チタンを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、高屈折率層の材料として、二酸化チタンに代えて、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や三酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₃）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等、他の材料を用いても良い。また、低屈折率層の材料についても二酸化珪素以外の材料を用いても良い。多層膜干渉フィルタに用いる材料の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。

（２）上記実施の形態においては、可視近赤外フィルタ３０６ａの構成はスペーサ層が１層もしくは２層、近赤外正規化フィルタ３０６ｂの構成はスペーサ層１層の構成としたが、可視近赤外フィルタ３０６ａのスペーサ層は３層以上でも構わない。また、近赤外正規化フィルタ３０６ｂの構成についても同様であり、スペーサ層は２層以上でも構わない。

（３）上記実施の形態においては、透過させる光色に関わらず第１のスペーサ層として１層もしくは２層設ける場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、透過させる光色に応じてスペーサ層の層数を異ならせても良い。

（４）上記実施の形態においては、専ら可視近赤外フィルタ３０６ａが５層もしくは７層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもない。また、近赤外正規化フィルタ３０６ｂのλ／４多層膜は５層構成としたが、それ未満でもそれ以上でも構わない。

（５）上記実施の形態においては、２種類のスペーサ層の膜厚は各単位画素２０１において同じとした場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、異なっていても構わない。

（６）上記実施の形態においては、可視近赤外フィルタ３０６ａが対称な構造である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、透過率は１００％とならないが、非対称な構造となっていても構わない。

（７）上記実施の形態においては、スペーサ層の材料として二酸化珪素を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の材料を用いても良い。スペーサ層の材料は誘電体層を構成する高屈折率層と低屈折率層との何れと同じ材料を用いても良いし、何れとも異なる材料を用いても良い。また、上述のように、２つの欠陥層で異なる材料を用いても良い。

（８）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、色ごとの画素は例えばＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲのベイヤ配列もしくは、必要に応じてＩＲ画素の密度を変化させても良い。

（９）上記実施の形態においては、特願２００７―１５３２８９号（発明者：香山）に記載するＸＹＺ系フィルタ（視感度フィルタ）にも適用可能である。

なお、視感度フィルタとは、人間の視感度に対応して、ＣＩＥ標準分光視感効率の特性Ｖ（λ）を再現するフィルタである。

（１０）上記実施の形態においては、誘電体多層膜フィルタを備える固体撮像装置１０２の例について説明したが、それに限定されない。本発明は、例えば図８で説明した有機材料膜フィルタにも適用可能である。

本発明に係る固体撮像装置及びカメラは、低色温度の照明を用いたときにおいても色ずれが起こることなく、高い色再現性を実現する技術として有用である。

本発明の実施の形態１に係るデジタルスチルカメラ１の主要な機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るデジタルスチルカメラ１が備える固体撮像装置１０２の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１０２の単位画素２０１の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１０２の単位画素２０１の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１０２における色分離フィルタ３０６の構成及びその分光特性を示す図である。 従来技術に係る固体撮像装置に関する図である。 従来技術に係る固体撮像装置に関する図である。

符号の説明

１ デジタルスチルカメラ
１０１ レンズ
１０２ 固体撮像装置
１０３ 色信号合成部
１０４ 映像信号作成部
１０５ 素子駆動部
２０１ 単位画素
２０２ 垂直シフトレジスタ
２０３ 水平シフトレジスタ
２０４ 出力アンプ
２０５ 駆動回路
３０１ Ｎ型半導体層
３０２ Ｐ型半導体層
３０３ フォトダイオード
３０４ 層間絶縁膜
３０５ 遮光膜
３０６ 色分離フィルタ
３０６ａ 可視近赤外フィルタ
３０６ｂ 近赤外正規化フィルタ
３０７ 集光レンズ
４０１、６０１ 基板
４０２、４０４、４０６、４０８、６０２、６０４、６０６、６０８ 第１の層
４０３、４０７、６０５ 第２の層
４０５、６０３、６０７ 第１のスペーサ層
４２１、４３２ λ／８膜
４２２、４２４、４２６、４２７、４２９、４３１ 第３の層
４２３、４２５、４２８、４３０ 第４の層
４３３ 第２のスペーサ層

Claims (15)

1. 複数の画素が２次元状に配列された固体撮像装置であって、
   画素毎に、入射光のうち所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備え、
   前記色分離フィルタは、
   可視波長帯域と近赤外波長帯域との領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタと、
   前記可視近赤外フィルタに積層された近赤外正規化フィルタとを備え、
   前記近赤外正規化フィルタは、
   可視波長帯域と第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、前記可視波長帯域と前記第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域において実質的に透明でない
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１の近赤外波長帯域の帯域幅は、１００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第１の近赤外波長帯域の帯域中心波長は、７００ｎｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第２の近赤外波長帯域における短波長側の帯域端は、波長６００〜７００ｎｍである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記可視近赤外フィルタは、多層膜干渉フィルタであり、
   前記多層膜干渉フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₁とした場合に、
   λ₁／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、
   前記第１の層の光学膜厚と等しいλ₁／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、
   前記第１の層及び第２の層からなる２つのλ／４多層膜と、
   前記２つのλ／４多層膜の間に形成され、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第１のスペーサ層とを備える
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、少なくとも第１の画素及び第２の画素を備え、
   前記第１の画素及び第２の画素はそれぞれ、対応する第１のスペーサ層で異なる光学膜厚を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、第１の画素、第２の画素、第３の画素、及び第４の画素を備え、
   前記第１及び第２の層は、λ₁／４の光学膜厚を有し、
   前記第１のスペーサ層は、前記第１の画素、前記第２の画素、前記第３の画素、及び前
   記第４の画素のそれぞれにおいて、異なる４種類の光学膜厚を有し、
   第１の画素における第１のスペーサ層は、０の光学膜厚を有し、
   第２の画素における第１のスペーサ層は、０以上λ₁／４以下の光学膜厚を有し、
   第３の画素における第１のスペーサ層は、λ₁／４に略等しい光学膜厚を有し、
   第４の画素における第１のスペーサ層は、λ₁／４以上λ₁／２以下の光学膜厚を有する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の固体撮像装置。
8. 前記可視近赤外フィルタは、多層膜干渉フィルタであり、
   前記多層膜干渉フィルタは、前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₁とした場合に、
   λ₁／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、
   前記第１の層の光学膜厚と等しいλ₁／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、
   透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第１のスペーサ層とを備え、
   前記多層膜干渉フィルタでは、前記第１の層、前記第１のスペーサ層及び前記第１の層の順に積層された３層膜が複数形成され、かつ、前記第２の層が複数の前記３層膜の間に形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、少なくとも第１の画素及び第２の画素を備え、
   前記第１の画素及び第２の画素はそれぞれ、対応する複数の前記第１のスペーサ層で異なる膜厚を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
10. 前記固体撮像装置は、前記複数の画素として、第１の画素、第２の画素、第３の画素、及び第４の画素を備え、
    前記第１及び第２の層は、λ₁／４の光学膜厚を有し、
    前記複数の前記第１のスペーサ層は、前記第１の画素、前記第２の画素、前記第３の画素、及び前記第４の画素のそれぞれにおいて異なる４種類の光学膜厚を有し、
    前記第１の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、０以上λ₁／４以下の光学膜厚を有し、
    前記第２の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／４に略等しい光学膜厚を有し、
    前記第３の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／４以上λ₁／２以下の光学膜厚を有し、
    前記第４の画素における複数の前記第１のスペーサ層は、λ₁／２に略等しい光学膜厚を有する
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の固体撮像装置。
11. 前記近赤外正規化フィルタは、
    前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₂とした場合に、
    λ₂／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第３の層と、
    前記第３の層の光学膜厚と等しいλ₂／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第４の層と、
    前記第３の層及び第４の層からなる２つのλ／４多層膜と、
    前記２つのλ／４多層膜の間に形成され、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第２のスペーサ層とを備える
    ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
12. 前記近赤外正規化フィルタは、
    前記所定波長の光に関連して設定される設定波長をλ₂とした場合に、
    λ₂／４の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第３の層と、
    前記第３の層の光学膜厚と等しいλ₂／４の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第４の層と、
    前記第３の層及び第４の層からなる２つのλ／４多層膜と、
    前記λ／４多層膜に含まれ、透過させる所定波長の光を当該画素毎に制御する第２のスペーサ層とを備え、
    前記第２のスペーサ層は、λ₂／２の膜厚を有する
    ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
13. 前記設定波長λ₁は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚を有し、
    前記設定波長λ₂は、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の膜厚である
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記可視近赤外フィルタ及び近赤外正規化フィルタは同じ材料を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える
    ことを特徴とするカメラ。

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