JP2007281875A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供する。
【解決手段】撮像素子５は、撮像部１０と処理部２０とを備える。撮像部１０は、受光素子１２上に、互いに長辺を接して形成される複数の８角形フィルタ１４Ｐと、８角形フィルタ１４Ｐの４つの短辺により形成される隙間の領域に形成される複数の４角形フィルタ１４Ｑとを備える。８角形フィルタ１４Ｐは、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒを備え、４角形フィルタ１４Ｑは、入射光を第１の光として透過する透明フィルタ１４Ｗと、入射光を第２の光として透明フィルタ１４Ｗより低い透過率で透過する灰フィルタ１４Ｈとを備える。処理部２０は、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓより大きいと検知された場合、第２の光の強度値ＩＨに基づいて、青・緑・赤の光の強度値を補正する補正部２２を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子に関し、例えば、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供することを目的とする。

従来からＣ−ＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子おいて、ダイナミックレンジを広くすることが試みられている。ダイナミックレンジとは、処理可能な信号等の最大値と最小値の範囲のことである。

従来の受光素子のダイナミックレンジは、人間が視覚可能なダイナミックレンジより低い値を示している。通常、人間が視覚可能なダイナミックレンジは、７桁程度の光量の範囲である。この範囲において、人間は、最低被写体照度が０．０１ルクス以下の暗い環境下でも物体を認識でき、太陽光下の明るい戸外でも物体を認識できる。

一方、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子のダイナミックレンジは、多くても４桁程度である。それゆえ、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子では、物体を撮像できる最低被写体照度が１ルクス程度となる。

ダイナミックレンジが狭いと、高強度の光が受光素子に入射した場合、スミア等のノイズが発生する。スミアまで至らなくても、ハイライト部がつぶれてしまう場合がある。

そこで、このようなスミア等に対する対策手法として、受光素子で受けるハイライト部の信号を圧縮してダイナミックレンジを改善する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、大きさの異なる高感度受光素子と低感度受光素子とを利用してダイナミックレンジを改善する技術が提案されている（例えば、特許文献２・３参照）。
特公平１−１８６２９号公報 特開平９−２０５５８９号公報 特開２００５−２６８３５６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示される技術では、受光素子のしきい値のムラが再生像にノイズとして表われるという問題が生じる。

また、特許文献２・３に示される技術では、高感度受光素子と低感度受光素子とをユニットセル（二個一組）として形成する必要がある。それゆえ、構造が複雑となり、コストも高くなる。また、高感度受光素子の開口率が小さくなり、色再現性が低下する問題やシェーディングが増加する問題が生じる。換言すれば、シェーディングの増加により、受光素子を多数配列する撮像素子において、その撮像素子のチップ内で中央の受光素子と、端部あるいはコーナー部の受光素子とにおいて入射光量に対し感度差が生じ、再現する画像の端部が暗くなるといった問題が生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供することを目的とする

本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じる。

請求項１に対応する発明は、基板と、前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、前記受光素子上に、互いの辺が接して行列状に形成される複数の８角形フィルタと、前記受光素子上に、隣接する８角形フィルタの４つの斜辺により形成される隙間の領域に形成される複数の４角形フィルタと、前記８角形フィルタ上に形成される８角形マイクロレンズと、前記４角形フィルタ上に形成される４角形マイクロレンズとを備えた撮像素子である。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する撮像素子において、前記８角形フィルタは、前記入射光のうち青色光を抽出するための青フィルタと、前記入射光のうち緑色光を抽出するための緑フィルタと、前記入射光のうち赤色光を抽出するための赤フィルタと
を備えた撮像素子である。

請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する撮像素子において、前記４角形フィルタは、前記入射光を第１の光として透過する透明フィルタと、前記透明フィルタより低い透過率で、前記入射光を第２の光として透過する灰フィルタとを備えた撮像素子である。

請求項４に対応する発明は、請求項３に対応する撮像素子において、前記第１の光の強度値が、予め設定した飽和強度値より大きいか否かを検知する検知手段と、前記検知手段により、前記第１の光の強度値が前記飽和強度値より大きいと検知された場合、前記第２の光の強度値に基づいて、前記青色光の強度値と前記緑色光の強度値と前記赤色光の強度値とを補正する補正手段とを備えた撮像素子である。

請求項５に対応する発明は、請求項４に対応する撮像素子において、前記補正手段は、前記第１の光の強度値が前記飽和強度値より大きい場合、前記青色光の強度値を下式（１）に基づいて補正する第１青補正手段と、前記緑色光の強度値を下式（２）に基づいて補正する第１緑補正手段と、前記赤色光の強度値を下式（３）に基づいて補正する第１赤補正手段とを備えた撮像素子である。

ＩＢ＝（ＩＢｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（１）
ＩＧ＝（ＩＧｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（２）
ＩＲ＝（ＩＲｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（３）
但し、ＩＢ：補正後の青色光の強度値、ＩＧ：補正後の緑色光の強度値、ＩＲ：補正後の赤色光の強度値、ＩＷｓ：飽和強度値、ＩＢｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの青色光の強度値、ＩＧｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの緑色光の強度値、ＩＲｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの赤色光の強度値、ΔＩＨ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する第２の光の強度値の増加した分の値である。

請求項６に対応する発明は、請求項２に対応する撮像素子において、前記４角形フィルタは、前記青フィルタより低い透過率で青色光を抽出し、隣接する青フィルタにより抽出される青色光の強度値を補正するための青補正フィルタと、前記緑フィルタより低い透過率で緑色光を抽出し、隣接する緑フィルタにより抽出される緑色光の強度値を補正するための緑補正フィルタと、前記赤フィルタより低い透過率で赤色光を抽出し、隣接する赤フィルタにより抽出される赤色光の強度値を補正するための赤補正フィルタとを備えた撮像素子である。

請求項７に対応する発明は、請求項６に対応する撮像素子において、前記青色光の強度値が、予め設定された強度値である青最大値より大きいか否かを検知する青検知手段と、前記緑色光の強度値が、予め設定された強度値である緑最大値より大きいか否かを検知する緑検知手段と、前記赤色光の強度値が、予め設定された強度値である赤最大値より大きいか否かを検知する赤検知手段と、前記青検知手段により、前記青色光の強度値が前記青最大値より大きいと検知された場合、下式（４）に基づいて、前記青色光の強度値を補正する第２青補正手段と、前記緑検知手段により、前記緑色光の強度値が前記緑最大値より大きいと検知された場合、下式（５）に基づいて、前記緑色光の強度値を補正する第２緑補正手段と、前記赤検知手段により、前記赤色光の強度値が前記赤最大値より大きいと検知された場合、下式（６）に基づいて、前記赤色光の強度値を補正する第２赤補正手段とを備えた撮像素子である。

ＩＢ＝ＩＢｍａｘ＋ＩＢＨ ・・・・・・（４）
ＩＧ＝ＩＧｍａｘ＋ＩＧＨ ・・・・・・（５）
ＩＲ＝ＩＲｍａｘ＋ＩＲＨ ・・・・・・（６）
但し、ＩＢ：補正後の青色光の強度値、ＩＧ：補正後の緑色光の強度値、ＩＲ：補正後の赤色光の強度値、ＩＢｍａｘ：青最大値、ＩＧｍａｘ：緑最大値、ＩＲｍａｘ：赤最大値、ＩＢＨ：青色光の強度が青最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する青補正フィルタにより抽出される青色光の強度値の増加した分の値、ＩＧＨ：緑色光の強度が緑最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する緑補正フィルタにより抽出される緑色光の強度値の増加した分の値、ＩＲＨ：赤色光の強度が赤最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する赤補正フィルタにより抽出される赤色光の強度値の増加した分の値である。

請求項８に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に対応する撮像素子において、前記８角形マイクロレンズおよび前記４角形マイクロレンズは、ドライエッチングを用いた形状転写の方式で形成されるマイクロレンズである撮像素子である。

請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に対応する撮像素子において、前記受光素子が形成される領域以外の前記基板上の領域に、光の反射を抑制するための遮光膜が形成された撮像素子である。

請求項１０に対応する発明は、請求項９に対応する撮像素子において、前記遮光膜上に、表面を粗化した透明樹脂層が形成された撮像素子である。

＜用語＞
本発明において、「透過率」は、屈折率１．５前後の透明ガラスの透過率を１００％として求めている。

また、「半値波長」とは、光の透過が抑制された短波長側から、光を透過する長波長側にかけてフィルタの分光特性曲線が立ち上がるところにおいて、フィルタの透過率が５０％となる光の波長を意味する。

＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、以下の作用を有する。

請求項１に対応する発明は、受光素子上に、互いの辺が接して行列状に形成される複数の８角形フィルタと、隣接する８角形フィルタの４つの斜辺により形成される隙間の領域に形成される複数の４角形フィルタと、８角形マイクロレンズと、４角形マイクロレンズとを備えた構成により、８角形フィルタを介して受光した光の強度値を、４角形フィルタを介して受光した光の強度値で補正し得る撮像素子を提供することができる。それゆえ、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供できる。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、８角形フィルタは、入射光のうち青色光を抽出するための青フィルタと、入射光のうち緑色光を抽出するための緑フィルタと、入射光のうち赤色光を抽出するための赤フィルタとを備えているので、カラー画像を再現し得る撮像素子を提供することができる。

請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、４角形フィルタは、入射光を第１の光として透過する透明フィルタと、入射光を第２の光として、透明フィルタより低い透過率で透過する灰フィルタとを備えた構成により、透明フィルタおよび灰フィルタを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正できる。それゆえ、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供できる。

請求項４・５に対応する発明は、請求項３に対応する作用に加え、第１の光の強度値が、予め設定した飽和強度値より大きいか否かを検知する検知手段と、第１の光の強度値が飽和強度値より大きいと検知された場合、第２の光の強度値に基づいて、青色光・緑色光・赤色光のそれぞれの強度値を補正する補正手段とを備えた構成により、入射光の強度値が光を電気に変換可能な強度を超える場合でも、青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正して求めることができる。これにより、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供できる。

請求項６に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、４角形フィルタは、青フィルタより低い透過率で青色光を抽出し、隣接する青フィルタにより抽出される青色光の強度値を補正するための青補正フィルタと、緑フィルタより低い透過率で緑色光を抽出し、隣接する緑フィルタにより抽出される緑色光の強度値を補正するための緑補正フィルタと、赤フィルタより低い透過率で赤色光を抽出し、隣接する赤フィルタにより抽出される赤色光の強度値を補正するための赤補正フィルタとを備えた構成により、青補正フィルタ・緑補正フィルタ・赤補正フィルタを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正することができる。これにより、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供できる。

請求項７に対応する発明は、請求項６に対応する作用に加え、青・緑・赤の各色に対応する光の強度値が、その色毎に設定された最大値より大きいか否かを検知する検知手段と、当該最大値より大きいと検知された場合に、その色に対応する光の強度値を補正する手段とを備えた構成により、青補正フィルタ・緑補正フィルタ・赤補正フィルタを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正することができる。これにより、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供できる。

請求項８に対応する発明は、請求項１〜請求項７に対応する作用に加え、８角形マイクロレンズおよび４角形マイクロレンズは、ドライエッチングを用いた形状転写の方式で形成されるマイクロレンズであるので、レンズのパターンを高精度に形成した撮像素子を提供することができる。

請求項９に対応する発明は、請求項１〜８に対応する作用に加え、受光素子が形成される領域以外の基板上の領域に、光の反射を抑制するための遮光膜を形成した構成により、受光素子が形成される領域以外の領域に入射した光もしくは受光素子が形成される領域からの反射光などの光により生じる迷光を軽減することができる。

請求項１０に対応する発明は、請求項９に対応する作用に加え、遮光膜上に、表面を粗化した透明樹脂層を形成したので、遮光膜に反射して生じる迷光の影響を抑えることができる。

本発明によれば、ダイナミックレンジの広い撮像素子を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像素子５の構成を示す模式図である。また、図２は図１における撮像部１０のＩ−Ｉ’断面図である。本実施形態において、対象を総括的に説明する場合、単に数字を表記し、個別的に説明する場合、数字に添え字Ｂ・Ｇ・Ｒ・Ｗ・Ｈを付して表記する。例えば、フィルタを総括的に説明する場合、フィルタ１４と表記し、個別的に説明する場合、透明フィルタ１４Ｗ・青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒ・透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈと表記する。また、図１においてＢ・Ｇ・Ｒ・Ｗ・Ｈの記号は、後述する受光素子１２とフィルタ１４との組をそれぞれ示している。なお、以下の各実施形態も同様に表記する。

撮像素子５は、撮像部１０と処理部２０とを備える。本実施形態では撮像素子５として、Ｃ−ＭＯＳを例示する。なお、本実施形態に係る撮像素子５は、入射光側に赤外線カットフィルタ（図示せず）を備えているものとする。そのため、以下の議論において、入射光の強度からは赤外線の強度が除外されている。

撮像部１０は、入射される入射光を受光するものであり、基板１１と受光素子１２・平坦化層１３・フィルタ１４・マイクロレンズ１５とを備える。

基板１１は、電気信号の授受を可能とする配線層を具備する半導体基板である。配線層（図示せず）を介して、受光素子１２が受光した光の強度値（電気信号）を処理部２０に送出する。

受光素子１２は、基板１１上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に光電変換するものである。後述するように本実施形態においては、フィルタ１４として、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒ・透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈの５種類のものが形成される。そこで、便宜上、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒ・透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈのそれぞれを経由した光を受光する受光素子を、それぞれ青受光素子１２Ｂ・緑受光素子１２Ｇ・赤受光素子１２Ｒ・白受光素子１２Ｗ・灰受光素子１２Ｈと呼ぶこととする。

青受光素子１２Ｂは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、青色光の強度値ＩＢとして、青補正部２２Ｂに送出する。

緑受光素子１２Ｇは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、緑色光の強度値ＩＧとして、緑補正部２２Ｇに送出する。

赤受光素子１２Ｒは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、赤色光の強度値ＩＲとして、赤補正部２２Ｒに送出する。

白受光素子１２Ｗは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、第１の光の強度値ＩＷとして、飽和検知部２１と青補正部２２Ｂ・緑補正部２２Ｇ・赤補正部２２Ｒとに送出する。

灰受光素子１２Ｈは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、第２の光の強度値ＩＨとして、青補正部２２Ｂ・緑補正部２２Ｇ・赤補正部２２Ｒに送出する。

平坦化層１３は、受光素子１２が形成された基板１１の入射光側の面に積層されるものであり、フィルタ１４の設置面を平坦にしている下地の樹脂層である。具体的には、平坦化層１３は、紫外線吸収剤としてクマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂により形成することができる。このように紫外線吸収剤を平坦化層１３に添加しておけば、フォトリソグラフィプロセスによりフィルタ１４を形成する際に、パターン露光時に生じる半導体基板表面からのハレーションを防止できる。それゆえ、フィルタパターンを高精度に形成できる。なお、本実施形態では、平坦化層１３の膜厚を０．１μｍとしている。

フィルタ１４は、各受光素子１２上に個別に形成され、入射光のうちの特定の色成分の光を抽出するために用いられるカラーフィルタである。ここでは、８角形フィルタ１４Ｐと４角形フィルタ１４Ｑとの２種類の平面視形状のカラーフィルタが形成される。

８角形フィルタ１４Pは、互いの辺が接して行列状に形成される８角形のカラーフィルタであり、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒとして形成される。本実施形態においては、８角形フィルタ１４Pは、膜厚が０．８μｍで、画素ピッチが１．８μｍとなるように形成される。

青フィルタ１４Ｂは、入射光のうち青色光を抽出するためのものである。この青フィルタ１４Ｂは、C.I. Pigment Blue 15:6やC.I. Pigment Violet 23等の色材を含むカラーレジストから形成される。さらに、カラーレジストには、シクロヘキサノン・PGMEAなどの有機溶剤やポリマーワニス・モノマー・感光剤・分散剤が添加される。

緑フィルタ１４Ｇは、入射光のうち緑色光を抽出するためのものである。この緑フィルタ１４Ｇは、C.I. Pigment Yellow 150やC.I. Pigment Yellow 139，C.I. Pigment Green36， C.I. Pigment Green 7等の色材を含むカラーレジストから形成される。さらに、カラーレジストには、シクロヘキサノン・PGMEAなどの有機溶剤やポリマーワニス・モノマー・感光剤・分散剤が添加される。

赤フィルタ１４Ｒは、入射光のうち赤色光を抽出するためのものである。この赤フィルタ１４Ｇは、C.I. Pigment Red 177やC.I. Pigment Red 48:1，C.I. Pigment Yellow 139等の色材を含むカラーレジストから形成される。さらに、カラーレジストには、シクロヘキサノン・PGMEAなどの有機溶剤やポリマーワニス・モノマー・感光剤・分散剤が添加される。

４角形フィルタ１４Ｑは、隣接する８角形フィルタ１４Pの４つの斜辺により形成される隙間の領域に、４角形に形成されるカラーフィルタであり、透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈとして形成される。

透明フィルタ１４Ｗは、撮像部１０に入射する入射光を透過するものであり、無色透明のフィルタである。詳しくは、透明フィルタ１４Ｗは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域の光を透過する。ここでは、透明フィルタ１４Ｗは、平坦化層１３と同様に、クマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂から形成される。このように形成された透明フィルタ１４Ｗは、３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの光波長域内のいずれかの波長の光で５０％の透過率となる分光特性を示し、かつ４５０ｎｍ以上の波長の光に対して９０％以上の透過率を示す。また、これに限られず、耐熱性のあるアクリル樹脂、フッ素系アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、Ｓｉ基を導入したハイブリッド樹脂、あるいはＳｉＮやＳｉＯ_２などの無機材料を含むものにより形成しても良い。

灰フィルタ１４Ｈは、透明フィルタ１４Ｗより低い透過率で入射光を透過するフィルタである。具体的には、その透過率が、４００ｎｍ〜６４０ｎｍの波長域において、透明フィルタ１４Ｗの透過率の１／１００〜１／５倍の範囲内にあり、かつ、透明フィルタ１４Ｗの透過率に対し略一定比率の値を示す、目視で灰色（グレー）のフィルタである。このような灰フィルタ１４Ｈは、例えば、C.I. Pigment Yellow 139とC.I. Pigment Blue 15:3，C.I. Pigment Green 36，C.I. Pigment Red 81:2 とを混合した有機顔料を用いることにより形成することができる。また、上記の有機顔料の混合物に異なる色の有機顔料やカーボンや金属酸化物の微粒子等を組み合わせて形成しても良い。

なお、緑フィルタ１４Ｇを２画素とし、青フィルタ１４Ｂと赤フィルタ１４Ｒとをそれぞれ１画素とした計４画素により色分離の１単位が形成される。さらに、色分離の１単位毎に、隣接する灰フィルタ１４Ｈと透明フィルタ１４Ｗとが関連付けられて形成される。すなわち、計８画素が1組として関連付けられて形成される。

上述した８角形フィルタ１４Ｐ（１４Ｂ・１４Ｇ・１４Ｒ）の分光特性は、図３に示すように表わされる。図３において、ａ１・ａ２・ａ３は、それぞれ青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒの分光特性を示している。また、４角形フィルタ１４Ｑ（１４Ｗ・１４Ｈ）の分光特性は、図４に示すように表わされる。図４において、ｂ１・ｂ２は、それぞれ透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈの分光特性を示している。この図４においては、透明フィルタ１４Ｗと灰フィルタ１４Ｈとの入射光の透過率の差は、およそ１０倍前後である。なお、各フィルタの分光特性は、フィルタを形成するための顔料やその比率およびフィルタの膜厚によって調整することができる。

マイクロレンズ１５は、受光素子１２に入射光を集光するためのものであり、各フィルタ１４上に形成される。ここでは、８角形マイクロレンズ１５Ｐと４角形マイクロレンズ１５Ｑとは、底面から頂点までの高さが０．３μｍとなるように形成される。８角形マイクロレンズ１５Ｐは、８角形フィルタ１４Ｐ（１４Ｂ・１４Ｇ・１４Ｒ）の上に形成され、４角形マイクロレンズ１５Ｑは４角形フィルタ１４Ｑ（１４Ｗ・１４Ｈ）の上に形成される。なお、マイクロレンズ１５は、平坦化層１３および透明フィルタ１４Ｗと同じ材質のものから形成され、マイクロレンズ１５と透明フィルタ１４Ｗとは一体化した構造となっている。また、マイクロレンズ１５の表面は粗化処理される。これにより、フィルタ１４の表面からの再反射光による迷光を軽減でき、出力される画質を向上できる。

処理部２０は、飽和検知部２１と補正部２２・出力部２３とを備え、光の３原色の強度値をカラー画像の画素信号として出力するものである。

飽和検知部２１は、白受光素子１２Ｗから出力される第１の光の強度値ＩＷを受け取ると、その第１の光の強度値ＩＷが、予め設定された飽和強度値ＩＷｓより大きいか否かを検知するものである。なお、受光素子は、入射光の強度が強くなり、ある入射光強度に達すると光の強度が飽和する。すなわち、それ以上の入射光強度になったとしても光の強度が変わらなくなる。そこで、ＩＷとの比較を行なうため、飽和強度値ＩＷｓは、実際に受光素子が飽和したときの光の強度値より若干小さめに設定しておく。具体的には、飽和検知部２１は、飽和強度値ＩＷｓを予め設定し、設定した値をメモリ等に記憶しておく。そして、この記憶した値と第１の光の強度値ＩＷと比較する。第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓ以上と検知した場合（ＩＷ≧ＩＷｓ）、青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正するための「補正制御信号」を補正部２２に送出する。一方、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓより小さいと検知した場合（ＩＷ＜ＩＷｓ）、青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正しない制御をするための「非補正制御信号」を補正部２２に送出する。なお、補正制御信号および非補正制御信号には、第1の光の強度値ＩＷのデータが含まれているものとする。

補正部２２は、青受光素子１２Ｂ・緑受光素子１２Ｇ・赤受光素子１２Ｒから送出される青色光・緑色光・赤色光の強度値を、飽和検知部２１から送出される補正制御信号または非補正制御信号に応じて補正するものであり、青補正部２２Ｂ・緑補正部２２Ｇ・赤補正部２２Ｒを備える。具体的には、補正制御信号を受け取った場合、灰受光素子１４Ｈから出力される第２の光の強度値ＩＨに基づいて、青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正する。そして、それらの補正した値を出力部２３に送出する。一方、飽和検知部２１から非補正制御信号を受け取った場合、各受光素子１２から送出された光の強度値を補正せずに出力部２３にそのまま送出する。

青補正部２２Ｂ（第１青補正手段）は、飽和検知部２１から補正制御信号が送出される場合、白受光素子１２Ｗが受光する第１の光の強度値ＩＷと、灰受光素子１２Ｈが受光する第２の光の強度値ＩＨとに基づいて、必要に応じて青色光の強度値ＩＢを補正するものである。具体的には、青補正部２２Ｂは、図５に概念を示すように、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓに達したときの入射光量Ｌ１から増加した入射光量ΔＬに対する第２の光の強度値の増加した分の強度値ΔＩＨを用いて、下式（１）に基づき、青色光の強度値ＩＢを補正する。ここで、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓに達したときの青色光の強度値をＩＢｓと表記する。

ＩＢ＝（ＩＢｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（１）
緑補正部２２Ｇ（第１緑補正手段）は、飽和検知部２１から補正制御信号が送出される場合、白受光素子１２Ｗが受光する第1の光の強度値ＩＷと、灰受光素子１２Ｈが受光する第２の光の強度値ＩＨとに基づいて、必要に応じて緑色光の強度値ＩＧを補正するものである。具体的には、飽和検知部２１から補正制御信号が送出されている場合、緑補正部２２Ｙは、下式（２）に基づいて、緑色光の強度値ＩＧを補正する。なお、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓに達したときの緑色光の強度値をＩＧｓと表記する。

ＩＧ＝（ＩＧｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（２）
赤補正部２２Ｒ（第１赤補正手段）は、飽和検知部２１から補正制御信号が送出される場合、白受光素子１２Ｗが受光する第1の光の強度値ＩＷと、灰受光素子１２Ｈが受光する第２の光の強度値ＩＨとに基づいて、必要に応じて赤色光の強度値ＩＲを補正するものである。具体的には、飽和検知部２１から補正制御信号が送出されている場合、赤補正部２２Ｒは、下式（３）に基づいて、赤色光の強度値ＩＲを補正する。なお、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓに達したときの赤色光の強度値をＩＲｓと表記する。

ＩＲ＝（ＩＲｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（３）
なお、図５において、ＩＢ・ＩＧ・ＩＲは略同一の直線になる。これは、赤外線カットフィルタを具備した状態では、各フィルタの分光透過率曲線において、波長と透過率とで掛け合わされる面積が略同一になることに起因する。

また、上式（１），（２），（３）において、（ＩＷｓ＋ΔＩＨ）に各々、（ＩＢｓ／ＩＷｓ），（ＩＧｓ／ＩＷｓ），（ＩＲｓ／ＩＷｓ）を係数として掛ける理由は以下の通りである。すなわち、対象物を照らす光源もしくは光を発する光源の光波長分布が一定で単に光源の強度だけが強くなったときは、対象物に反射して撮像素子に入射する光もしくは光源から撮像素子に入射する光は、波長成分が一定で入射光強度が強くなるだけである。換言すれば、対象物の色目が一定で、明るさだけが変わるということになる。それゆえ、光の強度が強くなっても、白色に占める青色・緑色・赤色の各々の比率は変わらないことになる。

出力部２３は、青補正部２２Ｂ・緑補正部２２Ｇ・赤補正部２２Ｒから３原色の光の強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲを受けると、これらの値から画素信号を作成し、外部のディスプレイ装置などに出力するものである。

（１−２．動作）
次に、本実施形態に係る撮像素子５の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、観測対象から光が放射されると、その一部の光が入射光として撮像素子５に入射する（ステップＳ１）。

入射光は、マイクロレンズ１５により集光され、フィルタ１４を透過して受光素子１２に到達する。ここで、８角形フィルタ１４Ｐとして、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒが形成されており、青色光・緑色光・赤色光が抽出される。また、４角形フィルタ１４Ｑとして、透明フィルタ１４Ｗ・灰フィルタ１４Ｈが形成されており、第１の光・第２の光が抽出される（ステップＳ２）。

各受光素子１２に到達した光は電気信号に変換されて、処理部２０に送出される。ここでは、透明フィルタ１４Ｗを透過した光の強度値ＩＷが飽和検知部２１に送出され、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒ・灰フィルタ１４Ｈのそれぞれを透過した光の強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲ・ＩＨが各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒに送出される。

続いて、飽和検知部２１において、第1の光の強度値ＩＷと、飽和検知部２１に予め設定された受光素子の飽和強度値ＩＷｓとが比較される（ステップＳ３）。

比較の結果、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓ以上の場合（ＩＷ≧ＩＷｓ）、飽和検知部２１から各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒへ第1の光の強度値ＩＷとともに補正制御信号が送出される。補正制御信号を各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒが受け取ると、青色光・緑色光・赤色光の強度値が各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒによりそれぞれ補正される。そして、補正された光の強度値が出力部２３へ送出される（ステップＳ３−Ｙｅｓ，ステップＳ４）。

一方、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓより小さい場合（ＩＷ＜ＩＷｓ）、飽和検知部２１から各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒへ非補正制御信号が送出される。非補正制御信号を各補正部２２Ｂ・２２Ｇ・２２Ｒが受け取ると、青色光・緑色光・赤色光の強度値は補正されずに、そのまま出力部２３へ送出される（ステップＳ３−Ｎｏ）。

そして、出力部２３において、３原色の強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲに基づく画素信号がカラー画像として再現されて外部のディスプレイ装置などに出力される（ステップＳ５）。

（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係る撮像素子５は、撮像部１０と処理部２０とを備え、従来制限のあった撮像素子５のダイナミックレンジを大幅に広げることができる。

すなわち、撮像部１０は、受光素子１２上に、互いの辺が接して行列状に形成される複数の８角形フィルタ１４Ｐと、隣接する８角形フィルタ１４Ｐの４つの辺により形成される隙間の領域に形成される複数の４角形フィルタ１４Ｑと、８角形マイクロレンズ１５Ｐと、４角形マイクロレンズ１５Ｑとを備えている。ここで、８角形フィルタ１４Ｐは、入射光のうち青色光を抽出するための青フィルタ１４Ｂと、入射光のうち緑色光を抽出するための緑フィルタ１４Ｇと、入射光のうち赤色光を抽出するための赤フィルタ１４Ｒとを備え、４角形フィルタ１４Ｑは、入射光を第１の光として透過する透明フィルタ１４Ｗと、入射光を第２の光として、透明フィルタ１４Ｗより低い透過率で透過する灰フィルタ１４Ｈとを備えた構成により、透明フィルタ１４Ｗおよび灰フィルタ１４Ｈを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の各強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲを補正できる。それゆえ、ダイナミックレンジの広い撮像素子５を提供できる。

また、処理部２０は、第１の光の強度値ＩＷが、予め設定した飽和強度値ＩＷｓより大きいか否かを検知する飽和検知部２１と、第１の光の強度値ＩＷが飽和強度値ＩＷｓより大きいと検知された場合、第２の光の強度値ＩＨに基づいて、青色光・緑色光・赤色光のそれぞれの強度値を補正する補正部２２とを備えた構成により、入射光の強度値が飽和強度値ＩＷｓを超える場合（ＩＷ≧ＩＷｓ）でも、青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正して求めることができる。

なお、本実施形態に係る撮像部１０においては、図７に示すように、８角形マイクロレンズ１５Ｐと４角形マイクロレンズ１５Ｑとを約１００％の開口率となるように加工できる。ここで、開口率とは、受光素子が形成される領域に対してのレンズが形成される領域の割合を意味する。一方、従来の矩形形のマイクロレンズを用いた撮像部１０においては、図８に示すように、マイクロレンズ間の対角方向にデッドスペースＤＳが生じるので、開口率はせいぜい９０％程度である。このように８角形マイクロレンズ１５Ｐと４角形マイクロレンズ１５Ｑとを組み合わせることにより、約１００％の開口率に加工できるので、それぞれの受光素子１２において、高い集光効果を得ることができる。

また、撮像部１０における灰フィルタ１４Ｈの透過率は、４００ｎｍ〜６４０ｎｍの波長域において、透明フィルタ１４Ｗの透過率の１／１００〜１／５倍の範囲内にあり、かつ、透明フィルタ１４Ｗの透過率に対し略一定比率の値を示すものである。これにより、第４の光の強度値ＩＨに基づき、ダイナミックレンジの広い撮像素子５を提供できる。

補足すると、透明フィルタ１４Ｗは全ての色成分を含む入射光に対する透過率が高いため、白受光素子１２Ｗにより計測される第1の光の強度値ＩＷは他の受光素子により計測される光の強度値よりも早く飽和する。逆に、灰受光素子１２Ｈは、透明フィルタ１４Ｗより透過率が低いため、白受光素子１２Ｗが飽和する光よりも強い光が入射されないと飽和しないことになる。本実施形態においては、灰フィルタ１４Ｈの透過率は透明フィルタ１４Ｗの１／１０倍程度の透過率であるので、白受光素子１２Ｗに比して１０倍程度の光が入射されないと灰受光素子１０Ｈは飽和しない。従って、白受光素子１２Ｗからの出力信号と灰受光素子１２Ｈからの出力信号とに基づいて画素信号を作ることにより、入射光の強度が高く、白受光素子１４Ｗの飽和強度を超える場合であっても、画素信号を再現し得るダイナミックレンジの広い撮像素子５を提供できる。

また、撮像部１０は、受光素子１２に入射光を集光するためのマイクロレンズ１５を各フィルタ１４上に形成したので、各フィルタ１４の構成の簡略化および薄型化を図ることができる。さらに、マイクロレンズ１５と受光素子１２との距離を短くすることにより入射光の取り込み角度を大きくできるので、撮像部１０の受光感度を上げることができる。

また、本実施形態では、色分離の１単位毎に複数個の灰フィルタ１４Ｈを関連付けている。そこで、灰フィルタ１４Ｈの透過レベルを関連付けされた灰フィルタの個数分の段階に分けて形成すれば、ダイナミックレンジを灰フィルタの個数分の段階に分けて拡張することができる。また、灰フィルタ１４Ｈを１画素として、残りの画素に近紫外・近赤外の透過フィルタを形成してもよい。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態に係る撮像部１０の製造方法について、図９の工程図を用いて説明する。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

まず、受光素子１２（図９において１２H・１２B・１２W・１２R）が形成された基板１１上に、平坦化層１３を形成する（図９（Ａ））。ここでは、クマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂の塗布液を、２０００ｒｐｍの回転数でスピンコートした後、２００℃の熱処理で硬膜することにより、膜厚０．１μmの平坦化層１３を形成する。

次に、平坦化層１３の上に約０．８μｍ膜厚の青色樹脂層BＬを形成する。青色樹脂層BＬは、例えば、C.I. Pigment Blue 15:6やC.I. Pigment Violet 23等の色材にシクロヘキサノン・ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤やポリマーワニス・モノマー・開始剤を添加した感光性樹脂層である。

続いて、マスクＭ１を用いてパターン露光する（図９（Ｂ））。ここでは、露光された部分が光化学反応を起こし、アルカリ不溶となる。

その後、アルカリ溶液などの現像液を用いて光が照射されていない部分を除去して、約０．８μｍの青フィルタ１４Bを形成する（図９（Ｃ））。

また、同様のフォトリソグラフィプロセスにより、約０．８μｍ膜厚の赤フィルタ１４Ｒ・灰フィルタ１４Ｈを順次形成する（図９（Ｄ））。さらに、図示していないが、約０．８μｍ膜厚の緑フィルタ１４Ｇを形成する。

このようにして、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒ・灰フィルタ１４Ｈを形成した後に、約１．６μｍ膜厚の透明樹脂層ＷＬを形成する。そして、その透明樹脂層ＷＬ上にエッチング制御層１６およびフェノール樹脂層１７を形成する（図９（Ｅ））。ここで、透明樹脂層ＷＬは、フッ素基を導入した熱硬化タイプのアクリル透明樹脂により形成される。また、エッチング制御層１６は、後述するドライエッチングの際、レンズ母型１７Ｍの形状が一旦転写され、中間レンズを形成するために設けるものである。このエッチング制御層１６のエッチングレートは、レンズ母型１７Ｍのエッチングレートより遅いものとするのが望ましい。また、エッチング制御層１６は、熱硬化性のあるノポラック樹脂等により形成される。また、フェノール樹脂層１７は、アルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するアルカリ樹脂等により形成される。

続いて、フェノール樹脂層１７を８角形および４角形のパターンに形成する（図１０（Ａ））。この際、図１１に示されるレンズ形成用マスクＭ２を用いる。なお、レンズ形成用マスクＭ２において、８角形領域と４角形領域とは０．４μｍ隔てて形成される。

そして、熱リフロー技術によりフェノール樹脂層１７から半球状のレンズ母型１７Ｍを形成する（図１０（Ｂ））。

続いて、レンズ母型１７Ｍをマスクとしてドライエッチング処理をする。これにより、レンズ母型１７Ｍの形状が一旦エッチング制御層に転写され、中間レンズ１６Ｍとなる。しかる後、中間レンズ１６Ｍの形状が、透明樹脂層ＷＬに転写されて、約０．３μｍ膜厚の８角形マイクロレンズ１５Ｐおよび４角形マイクロレンズ１５Ｑが形成される（図１０（Ｃ）・（Ｄ））。なお、エッチング制御層１６は、ドライエッチングで形成されるマイクロレンズ１５のレンズ間ギャップを小さくし、かつマイクロレンズ１５の表面荒れを抑制する役目を果たしている。また、透明フィルタ１４Ｗは、マイクロレンズ１５Ｑと一体化した構造で形成される。

以上説明したように、本実施形態においては、８角形領域と４角形領域とを組み合わせたレンズ形成用マスクＭ２を用いているので、図１２に示すような８角形マイクロレンズ１５Ｐと４角形マイクロレンズ１５Ｑとを、ドライエッチングを用いた形状転写の方式で形成することができる。これにより、レンズのパターンを高精度に形成した撮像部１０を提供できる。なお、図１２において、８角形レンズ１５Ｐの大きさは３μｍ^２程度であり、４角形レンズ１５Ｑの大きさは１．４μｍ^２程度である。

また、撮像部１０において、透明フィルタ１４Ｗとマイクロレンズ１５とを一体化した構造とすることで、製造工程を簡略化することができる。

なお、撮像部１０の製造工程において、フィルタ１４の形成前に、所定部位の平坦化層１３を凹ませる（ザクリを設ける）ことにより、凹ませた部位のフィルタ１４の膜厚を厚くすることができる。例えば図１３に示すように、所定部位の平坦化層１３を除去して、当該除去部位の灰フィルタ１４Ｈの膜厚を厚くすることができる。それゆえ、このザクリの量を調節することにより、膜厚を変化させて各フィルタの透過率を調整することができる。本実施形態においては、０．２〜０．３μｍ程度のザクリを設けている。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態は、青色光・緑色光・赤色光の強度値の補正方法が第１の実施形態とは異なるものである。

図１４は本発明の第３の実施形態に係る撮像素子５の撮像部１０の平面図である。

撮像部１０は、４角形フィルタ１４Ｑとして、透明フィルタ１４Ｗおよび灰フィルタ１４Ｈではなく、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨを備える。なお、便宜上、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨを経由して入射光を受光する受光素子をそれぞれ青補正受光素子１２ＢＨ・緑補正受光素子１２ＧＨ・赤補正受光素子１２ＲＨと呼ぶこととする。

青受光素子１２Ｂは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、青色光の強度値ＩＢとして、後述する青検知部２１Ｂに送出する。

緑受光素子１２Ｇは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、緑色光の強度値ＩＧとして、後述する緑検知部２１Ｇに送出する。

赤受光素子１２Ｒは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、赤色光の強度値ＩＲとして、後述する赤検知部２１Ｒに送出する。

青補正受光素子１２ＢＨは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、青色光の補正用強度値ＩＢＨとして、青補正部２２Ｂ’に送出する。ここで、補正用強度値ＩＢＨは、予め関連付けられた隣接する青受光素子１２Ｂにより抽出される青色光の強度値ＩＢを補正するためのデータである。

緑補正受光素子１２ＧＨは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、緑色光の補正用強度値ＩＧＨとして、緑補正部２２Ｇ’に送出する。ここで、補正用強度値ＩＧＨは、予め関連付けられた隣接する緑受光素子１２Ｇにより抽出される緑色光の強度値ＩＧを補正するためのデータである。

赤補正受光素子１２ＲＨは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を、赤色光の補正用強度値ＩＢＨとして、赤補正部２２Ｒ’に送出する。ここで、補正用強度値ＩＲＨは、予め関連付けられた隣接する赤受光素子１２Ｒにより抽出される赤色光の強度値ＩＲを補正するためのデータである。

青補正フィルタ１４ＢＨは、青フィルタ１４Ｂより低い透過率で青色光を抽出するものである。なお、この青補正フィルタ１４ＢＨは、隣接する青フィルタ１４Ｂと対応付けられている。

緑補正フィルタ１４ＧＨは、緑フィルタ１４Ｇより低い透過率で緑色光を抽出するものである。なお、この緑補正フィルタ１４ＧＨは、隣接する緑フィルタ１４Ｇと対応付けられている。

赤補正フィルタ１４ＲＨは、赤フィルタ１４Ｒより低い透過率で赤色光を抽出するものである。なお、この赤補正フィルタ１４ＲＨは、隣接する赤フィルタ１４Ｒと対応付けられている。

処理部２０は、飽和検知部２１として、青検知部２１Ｂ・緑検知部２１Ｇ・赤検知部２１Ｒを備え、補正部２２として、青補正部２２Ｂ’・緑補正部２２Ｇ’・赤補正部２２Ｒ’を備える。

青検知部２１Ｂは、青受光素子１２Bから送出される青色光の強度値ＩＢが、予め設定された強度値である青最大値ＩＢｍａｘより大きいか否かを検知するものである。具体的には、青色光の強度値ＩＢが青最大値ＩＢｍａｘ以上と検知された場合（ＩＢ≧ＩＢｍａｘ）、青補正部２２Ｂ’に補正制御信号を送出する。一方、ＩＢ＜ＩＢｍａｘの場合、青色光の強度値ＩＢとともに非補正制御信号を青補正部２２Ｂ’に送出する。

緑検知部２１Ｇは、緑受光素子１２Ｇから送出される緑色光の強度値ＩＧが、予め設定された強度値である緑最大値ＩＧｍａｘより大きいか否かを検知するものである。具体的には、ＩＧ≧ＩＧｍａｘとなる場合、緑補正部２２Ｇ’に補正制御信号を送出する。一方、ＩＧ＜ＩＧｍａｘの場合、緑色光の強度値ＩＧとともに非補正制御信号を緑補正部２２Ｇ’に送出する。

赤検知部２１Ｒは、赤受光素子１２Ｒから送出される赤色光の強度値ＩＲが、予め設定された強度値である赤最大値ＩＲｍａｘより大きいか否かを検知するものである。具体的には、ＩＲ≧ＩＲｍａｘとなる場合、赤補正部２２Ｒ’に補正制御信号を送出する。一方、ＩＲ＜ＩＲｍａｘの場合、赤色光の強度値ＩＲとともに非補正制御信号を赤補正部２２Ｒ’に送出する。

なお、前述したのと同様の理由により、値の比較を行なうため、予め設定する各色の光の強度値ＩＢｍａｘ，ＩＧｍａｘ，ＩＲｍａｘは、各色の受光素子が実際に飽和する光の強度値より若干小さく設定するものである。

青補正部２２Ｂ’（第２青補正手段）は、青フィルタ１４Ｂにより抽出される青色光の強度値ＩＢを、必要に応じて補正するものである。具体的には、青検知部２１Ｂから補正制御信号が送出された場合、青補正フィルタ１４ＢＨにより抽出される青色光の強度値ＩＢＨを加算して、青色光の強度値ＩＢを補正するものである。すなわち、青色光の強度値ＩＢを下式（４）で表わされる値に補正する。なお、ＩＢＨは、青色光の強度値が最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する青補正フィルタ１４ＢHにより抽出される青色光の強度値の増加した分の値である（図５のΔＩＨに相当）。また、補正した青色光の強度値ＩＢは出力部２３に送出される。

ＩＢ ＝ ＩＢｍａｘ ＋ ＩＢＨ ・・・（４）
一方、青検知部２１Ｂから非補正制御信号が送出された場合、青補正部２２Ｂ’は、青色光の強度値ＩＢを補正せずに出力部２３に送出する。

緑補正部２２Ｇ’（第２緑補正手段）は、緑フィルタ１４Ｇにより抽出される緑色光の強度値ＩＧを、必要に応じて補正するものである。具体的には、緑検知部２１Ｇから補正制御信号が送出された場合、緑補正フィルタ１４ＧＨにより抽出される緑色光の強度値ＩＧＨを加算して、緑色光の強度値ＩＧを補正するものである。すなわち、緑色光の強度値ＩＧを下式（５）で表わされる値に補正する。なお、ＩＧＨは、緑色光の強度値が最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する緑補正フィルタ１４ＧＨにより抽出される緑色光の強度値の増加した分の値である。また、補正した緑色光の強度値ＩＧは出力部２３に送出される。

ＩＧ ＝ ＩＧｍａｘ ＋ ＩＧＨ ・・・（５）
一方、緑検知部２１Ｇから非補正制御信号が送出された場合、緑補正部２２Ｇ’は、緑色光の強度値ＩＧを補正せずに出力部２３に送出する。

赤補正部２２Ｒ’（第２赤補正手段）は、赤フィルタ１４Ｒにより抽出される赤色光の強度値ＩＲを、必要に応じて補正するものである。具体的には、赤検知部２１Ｒから補正制御信号が送出された場合、赤補正フィルタ１４ＲＨにより抽出される赤色光の強度値ＩＲＨを加算して、赤色光の強度値ＩＲを補正するものである。すなわち、赤色光の強度値ＩＲを下式（６）で表わされる値に補正する。なお、ＩＲＨは、赤色光の強度値が最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する赤補正フィルタ１４ＲＨにより抽出される赤色光の強度値の増加した分の値である。また、補正した赤色光の強度値ＩＲは出力部２３に送出される。

ＩＲ ＝ ＩＲｍａｘ ＋ ＩＲＨ ・・・（６）
一方、赤検知部２１Ｒから非補正制御信号が送出された場合、赤補正部２２Ｒ’は、赤色光の強度値ＩＲを補正せずに出力部２３に送出する。

次に、本実施形態に係る撮像素子５の動作について図１５のフローチャートを用いて説明する。

まず、観測対象から光が放射されると、その一部の光が入射光として撮像素子５に入射する（ステップＴ１）。

入射光は、マイクロレンズ１５により集光され、フィルタ１４を透過して受光素子１２に到達する。ここで、８角形フィルタ１５Ｐとして、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒが形成されており、青色光・緑色光・赤色光が抽出される。また、４角形フィルタ１５Ｑとして、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨが形成されており、補正用の青色光・補正用の緑色光・補正用の赤色光が抽出される。（ステップＴ２）。

各受光素子１２に到達した光は電気信号に変換されて、処理部２０に送出される。ここでは、青フィルタ１４Ｂ・緑フィルタ１４Ｇ・赤フィルタ１４Ｒのそれぞれを透過した光の強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲ・が各検知部２１Ｂ・２１Ｇ・２１Ｒに送出され、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨのそれぞれを透過した光の強度値ＩＢＨ・ＩＧＨ・ＩＲＨが各補正部２２Ｂ’・２２Ｇ’・２２Ｒ’に送出される。

続いて、青検知部２１Ｂにおいて、青色光の強度値ＩＢと、青検知部２１Ｂに予め設定された青最大値ＩＢｍａｘとが比較される（ステップＴ３）。

比較の結果、青色光の強度値ＩＢが青最大値ＩＢｍａｘ以上の場合（ＩＢ≧ＩＢｍａｘ）、青検知部２１Ｂから青補正部２２Ｂ’へ青色光の強度値ＩＢとともに補正制御信号が送出される。青補正部２２Ｂ’が補正制御信号を受け取ると、青色光の強度値ＩＢが補正される。そして、補正された青色光の強度値ＩＢが出力部２３へ送出される。（ステップＴ３−Ｙｅｓ，Ｔ４）。

一方、青色光の強度値ＩＢが青最大値ＩＢｍａｘより小さい場合（ＩＢ＜ＩＢｍａｘ）、青検知部２１Ｂから青補正部２２Ｂ’へ青色光の強度値ＩＢとともに非補正制御信号が送出される。非補正制御信号を青補正部２２Ｂ’が受け取ると、青色光の強度値ＩＢは補正されずに、そのまま出力部２３へ送出される（ステップＴ３−Ｎｏ）。

次に、緑検知部２１Ｇにおいて、緑色光の強度値ＩＧと、緑検知部２１Ｇに予め設定された緑最大値ＩＧｍａｘとが比較される（ステップＴ５）。

比較の結果、緑色光の強度値ＩＧが緑最大値ＩＧｍａｘ以上の場合（ＩＧ≧ＩＧｍａｘ）、緑検知部２１Ｇから緑補正部２２Ｇ’へ緑色光の強度値ＩＧとともに補正制御信号が送出される。緑補正部２２Ｇ’が補正制御信号を受け取ると、緑色光の強度値ＩＧが補正される。そして、補正された緑色光の強度値ＩＧが出力部２３へ送出される。（ステップＴ５−Ｙｅｓ，Ｓ６）。

一方、緑色光の強度値ＩＧが緑最大値ＩＧｍａｘより小さい場合（ＩＧ＜ＩＧｍａｘ）、緑検知部２１Ｇから緑補正部２２Ｇ’へ緑色光の強度値ＩＧとともに非補正制御信号が送出される。非補正制御信号を緑補正部２２Ｇ’が受け取ると、緑色光の強度値ＩＧは補正されずに、そのまま出力部２３へ送出される（ステップＴ５−Ｎｏ）。

続いて、赤検知部２１Ｒにおいて、赤色光の強度値ＩＲと、赤検知部２１Ｒに予め設定された赤最大値ＩＲｍａｘとが比較される（ステップＴ７）。
比較の結果、赤色光の強度値ＩＲが赤最大値ＩＲｍａｘ以上の場合（ＩＲ≧ＩＲｍａｘ）、赤検知部２１Ｒから赤補正部２２Ｒ’へ赤色光の強度値ＩＲとともに補正制御信号が送出される。赤補正部２２Ｒ’が補正制御信号を受け取ると、赤色光の強度値ＩＲが補正される。そして、補正された赤色光の強度値ＩＲが出力部２３へ送出される。（ステップＴ７−Ｙｅｓ，Ｔ８）。

一方、赤色光の強度値ＩＲが赤最大値ＩＲｍａｘより小さい場合（ＩＲ＜ＩＲｍａｘ）、赤検知部２１Ｒから赤補正部２２Ｒ’へ赤色光の強度値ＩＲとともに非補正制御信号が送出される。非補正制御信号を赤補正部２２Ｒ’が受け取ると、赤色光の強度値ＩＲは補正されずに、そのまま出力部２３へ送出される（ステップＴ７−Ｎｏ）。

そして、出力部２３において、光の３原色の強度値ＩＢ・ＩＧ・ＩＲに基づく画素信号がカラー画像として再現されて外部のディスプレイ装置などに出力される（ステップＴ９）。

以上説明したように、本実施形態に係る撮像素子５において、４角形フィルタ１４Ｑは、青フィルタ１４Ｂより低い透過率で青色光を抽出し、隣接する青フィルタ１４Ｂにより抽出される青色光の強度値ＩＢを補正するための青補正フィルタ１４ＢＨと、緑フィルタ１４Ｇより低い透過率で緑色光を抽出し、隣接する緑フィルタ１４Ｇにより抽出される緑色光の強度値ＩＧを補正するための緑補正フィルタ１４ＧＨと、赤フィルタ１４Ｒより低い透過率で赤色光を抽出し、隣接する赤フィルタ１４Ｒにより抽出される赤色光の強度値ＩＲを補正するための赤補正フィルタ１４ＲＨとを備えた構成により、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正することができる。これにより、ダイナミックレンジの広い撮像素子５を提供できる。

また、本実施形態に係る処理部２０は、青色光の強度値ＩＢが、青最大値ＩＢｍａｘより大きいか否かを検知する青検知部２１Ｂと、緑色光の強度値ＩＧが、緑最大値ＩＧｍａｘより大きいか否かを検知する緑検知部２１Ｇと、赤色光の強度値ＩＲが、赤最大値ＩＲｍａｘより大きいか否かを検知する赤検知部２１Ｒと、青色光の強度値ＩＢが青最大値ＩＢｍａｘより大きいと検知された場合、青補正フィルタ１４ＢＨにより抽出される青色光の強度値ＩＢＨを青最大値ＩＢｍａｘに加算して、青色光の強度値ＩＢを補正する青補正部２２Ｂ’と、緑色光の強度値ＩＧが緑最大値ＩＧｍａｘより大きいと検知された場合、緑補正フィルタ１４ＧＨにより抽出される緑色光の強度値ＩＧＨを緑最大値ＩＧｍａｘに加算して、緑色光の強度値ＩＧを補正する緑補正部２２Ｇ’と、赤色光の強度値ＩＲが赤最大値ＩＲｍａｘより大きいと検知された場合、赤補正フィルタ１４ＲＨにより抽出される赤色光の強度値ＩＲＨを赤最大値ＩＲｍａｘに加算して、赤色光の強度値ＩＲを補正する赤補正部２２Ｒ’とを備えた構成により、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨを介して受光した光の強度値から青色光・緑色光・赤色光の強度値を補正することができる。これにより、ダイナミックレンジの広い撮像素子５を提供できる。

なお、本実施形態において、４角形フィルタ１４Ｑとして、青補正フィルタ１４ＢＨ・緑補正フィルタ１４ＧＨ・赤補正フィルタ１４ＲＨを用いたが、他のカラーフィルタを用いても良い。具体的には、シアン・イエロー・マゼンダの補色や、色の再現性を上げるための原色系中間色を用いても良く、人間の視感度や色刺激値にあわせるための特色を用いても良い。ただし、他のカラーフィルタを用いる場合、演算により光の３原色の強度値を算出する必要がある。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態は、撮像部１０の基板１１上に迷光を防止するための遮光膜を形成したものである。

図１６は本発明の第４の実施形態に係る撮像素子５の撮像部１０の平面図であり、図１７は図１６における撮像部１０のＩＩ−ＩＩ’断面図である。

撮像部１０の基板１１には、有効開口領域１１Ｒとそれ以外の外周領域１１Ｓとが形成される。

有効開口領域１１Ｒは、受光素子１２がアレイ状に形成される領域であり、入射光を受光できるように基板１１上方が開口となっている。

外周領域１１Ｓは、有効開口領域１１Ｒの外周の領域であり、Ａｌパッド３０と遮光層（遮光膜）３１・透明樹脂層３２とが形成される。遮光層３１・透明樹脂層３２は、外周領域１１Ｓ全体に渡り形成されるが、Ａｌパッド３０上には形成されない。

Ａｌパッド３０は、処理部２０または外部装置との電気的接続を可能とするものであり、アルミニウムにより形成される。すなわち、撮像部１０における受光素子１２に電気信号の入出力を可能にするものである。なお、Ａｌパッド３０上には、外部装置との電気的接続を可能とするために、平坦化層１３と遮光層３１・透明樹脂層３２とは形成されない。

遮光層３１は、有効開口領域１１Ｒ以外に入射された入射光もしくは有効開口領域に入射し反射した光により迷光が生じるのを防ぐために、外周領域１１Ｓに入射する光を遮光または低反射させるものである。また、遮光層３１は、灰フィルタ１４Ｈと同一材料から形成される。

透明樹脂層３２は、遮光層３１上に形成されるものであり、透明フィルタ１４Ｗと同一材料から形成される。ここで、透明樹脂層３２の表面には粗化処理が施される。例えば、透明樹脂層３２の表面は、図１８のＳＥＭ像に示されるように粗化される。図１８において、透明樹脂層３２は、０．２μｍの膜厚を有し、０．１５μｍの範囲で凹凸部を有するように表面が粗化されている。また、図１８に示す状態では、表面反射率は略３％である。透明樹脂層３２を形成しない場合の表面反射率が約６％なので、表面を粗化することにより表面反射率は約半分程度の値になる。

上述したように本実施形態に係る撮像部１０は、受光素子１２が形成される有効開口領域１１Ｒ以外の基板上の外周領域１１Ｓに、光の反射を抑制するための遮光層３１を有しているので、受光素子１２が形成される有効開口領域１１Ｒ以外の外周領域１１Ｓに入射する光による迷光を軽減することができる。

また、撮像部１０において、遮光層３１上に、表面を粗化した透明樹脂層３２を有しているので、遮光層３１の表面からの再反射光を軽減できる。この結果、ノイズが軽減されるので、出力される画質を向上することができる。

また、本実施形態に係る遮光層３１は、灰フィルタ１４Ｈと同一材料から形成されるので、撮像部１０の製造工程を簡略化することができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る撮像素子５の構成を示す模式図である。 同実施形態に係る撮像素子５における撮像部１０のＩ−Ｉ'断面図である。 同実施形態に係る８角形フィルタ１４Ｐ（１４Ｂ・１４Ｇ・１４Ｒ）の分光特性を示す図である。 同実施形態に係る４角形フィルタ１４Ｑ（１４Ｗ・１４Ｈ）の分光特性を示す図である。 同実施形態に係る補正処理を説明するための図である。 同実施形態に係る撮像素子５の動作を説明するためのフローチャートである。 同実施形態に係るマイクロレンズ１５を示す図である。 一般的な撮像素子のマイクロレンズを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像部１０の製造方法を説明するための工程図である。 同実施形態に係る撮像部１０の製造方法を説明するための工程図である。 同実施形態に係るマイクロレンズ１５を形成するためのレンズ形成用マスクＭ２の模式図である。 同実施形態に係るマイクロレンズ１５の平面図である。 同実施形態に係る４角形フィルタ１４Ｑの膜厚を厚くした状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る撮像素子５の撮像部１０の平面図である。 同実施形態に係る撮像素子５の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る撮像素子５の撮像部１０の平面図である。 同実施形態に係る撮像部１０のＩＩ−ＩＩ’断面図である。 同実施形態に係る透明樹脂層３２の表面のＳＥＭ像を示す図である。

符号の説明

５・・・撮像素子、１０・・・撮像部、１１・・・基板、１１Ｒ・・・有効開口領域、
１１Ｓ・・・外周領域、１２・・・受光素子、１２Ｂ・・・青受光素子、１２Ｇ・・・緑受光素子、
１２Ｒ・・・赤受光素子、１２Ｗ・・・白受光素子、１２Ｈ・・・灰受光素子、
１２ＢＨ・・・青補正受光素子、１２ＧＨ・・・緑補正受光素子、１２ＲＨ・・・赤補正受光素子、
１３・・・平坦化層、１４・・・フィルタ、１４Ｂ・・・青フィルタ、１４Ｇ・・・緑フィルタ、
１４Ｒ・・・赤フィルタ、１４Ｗ・・・透明フィルタ、１４Ｈ・・・灰フィルタ、
１４ＢＨ・・・青補正フィルタ、１４ＧＨ・・・緑補正フィルタ、１４ＲＨ・・・赤補正フィルタ、
１５・・・マイクロレンズ、１５Ｐ・・・８角形マイクロレンズ、
１５Ｑ・・・４角形マイクロレンズ、
２０・・・処理部、２１・・・飽和検知部、２１Ｂ・・・青検知部、２１Ｇ・・・緑検知部、
２１Ｒ・・・赤検知部、２２・・・補正部、２２Ｂ・・・青補正部、２２Ｇ・・・緑補正部、
２２Ｒ・・・赤補正部、２３・・・出力部、
３０・・・Ａｌパッド、３１・・・遮光層３２・・・透明樹脂層。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、
   前記受光素子上に、互いの辺が接して行列状に形成される複数の８角形フィルタと、
   前記受光素子上に、隣接する８角形フィルタの４つの斜辺により形成される隙間の領域に形成される複数の４角形フィルタと、
   前記８角形フィルタ上に形成される８角形マイクロレンズと、
   前記４角形フィルタ上に形成される４角形マイクロレンズと
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記８角形フィルタは、
   前記入射光のうち青色光を抽出するための青フィルタと、
   前記入射光のうち緑色光を抽出するための緑フィルタと、
   前記入射光のうち赤色光を抽出するための赤フィルタと
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
3. 請求項２に記載の撮像素子において、
   前記４角形フィルタは、
   前記入射光を第１の光として透過する透明フィルタと、
   前記透明フィルタより低い透過率で、前記入射光を第２の光として透過する灰フィルタと
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
4. 請求項３に記載の撮像素子において、
   前記第１の光の強度値が、予め設定した飽和強度値より大きいか否かを検知する検知手段と、
   前記検知手段により、前記第１の光の強度値が前記飽和強度値より大きいと検知された場合、前記第２の光の強度値に基づいて、前記青色光の強度値と前記緑色光の強度値と前記赤色光の強度値とを補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
5. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記補正手段は、前記第１の光の強度値が前記飽和強度値より大きい場合、
   前記青色光の強度値を下式（１）に基づいて補正する第１青補正手段と、
   前記緑色光の強度値を下式（２）に基づいて補正する第１緑補正手段と、
   前記赤色光の強度値を下式（３）に基づいて補正する第１赤補正手段と
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
   ＩＢ＝（ＩＢｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（１）
   ＩＧ＝（ＩＧｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（２）
   ＩＲ＝（ＩＲｓ／ＩＷｓ）×（ＩＷｓ＋ΔＩＨ） ・・・・・・（３）
   但し、ＩＢ：補正後の青色光の強度値、ＩＧ：補正後の緑色光の強度値、ＩＲ：補正後の赤色光の強度値、ＩＷｓ：飽和強度値、ＩＢｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの青色光の強度値、ＩＧｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの緑色光の強度値、ＩＲｓ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの赤色光の強度値、ΔＩＨ：第１の光の強度値が飽和強度値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する第２の光の強度値の増加した分の値。
6. 請求項２に記載の撮像素子において、
   前記４角形フィルタは、
   前記青フィルタより低い透過率で青色光を抽出し、隣接する青フィルタにより抽出される青色光の強度値を補正するための青補正フィルタと、
   前記緑フィルタより低い透過率で緑色光を抽出し、隣接する緑フィルタにより抽出される緑色光の強度値を補正するための緑補正フィルタと、
   前記赤フィルタより低い透過率で赤色光を抽出し、隣接する赤フィルタにより抽出される赤色光の強度値を補正するための赤補正フィルタと
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
7. 請求項６に記載の撮像素子において、
   前記青色光の強度値が、予め設定された強度値である青最大値より大きいか否かを検知する青検知手段と、
   前記緑色光の強度値が、予め設定された強度値である緑最大値より大きいか否かを検知する緑検知手段と、
   前記赤色光の強度値が、予め設定された強度値である赤最大値より大きいか否かを検知する赤検知手段と、
   前記青検知手段により、前記青色光の強度値が前記青最大値より大きいと検知された場合、下式（４）に基づいて、前記青色光の強度値を補正する第２青補正手段と、
   前記緑検知手段により、前記緑色光の強度値が前記緑最大値より大きいと検知された場合、下式（５）に基づいて、前記緑色光の強度値を補正する第２緑補正手段と、
   前記赤検知手段により、前記赤色光の強度値が前記赤最大値より大きいと検知された場合、下式（６）に基づいて、前記赤色光の強度値を補正する第２赤補正手段と
   を備えたことを特徴とする撮像素子。
   ＩＢ＝ＩＢｍａｘ＋ＩＢＨ ・・・・・・（４）
   ＩＧ＝ＩＧｍａｘ＋ＩＧＨ ・・・・・・（５）
   ＩＲ＝ＩＲｍａｘ＋ＩＲＨ ・・・・・・（６）
   但し、ＩＢ：補正後の青色光の強度値、ＩＧ：補正後の緑色光の強度値、ＩＲ：補正後の赤色光の強度値、ＩＢｍａｘ：青最大値、ＩＧｍａｘ：緑最大値、ＩＲｍａｘ：赤最大値、ＩＢＨ：青色光の強度が青最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する青補正フィルタにより抽出される青色光の強度値の増加した分の値、ＩＧＨ：緑色光の強度が緑最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する緑補正フィルタにより抽出される緑色光の強度値の増加した分の値、ＩＲＨ：赤色光の強度が赤最大値に達したときの入射光量から増加した分の入射光量に対する赤補正フィルタにより抽出される赤色光の強度値の増加した分の値。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像素子において、
   前記８角形マイクロレンズおよび前記４角形マイクロレンズは、ドライエッチングを用いた形状転写の方式で形成されるマイクロレンズである
   ことを特徴とする撮像素子。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像素子において、
   前記受光素子が形成される領域以外の前記基板上の領域に、光の反射を抑制するための遮光膜が形成された
   ことを特徴とする撮像素子。
10. 請求項９に記載の撮像素子において、
    前記遮光膜上に、表面を粗化した透明樹脂層が形成された
    ことを特徴とする撮像素子。

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