JP4287320B2 - 固体撮像装置、信号処理装置、カメラ及び分光装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラなどに用いる固体撮像装置に関し、その固体撮像装置を構成する受光素子の感度を有する波長範囲において、不要とされる波長の光をカットするフィルターおよびそのフィルターを介して生成された電気信号から色信号を生成する技術に関する。

従来、固体撮像装置における色分解手法として、多板方式および単板方式がある。多板方式では、色分解プリズムで画像が色分解され、色分解された画像が三つまたは四つの固体撮像装置で電気信号に変換されて、色信号が得られる。一方、単板方式では、固体撮像装置に形成された三色または四色のオンチップカラーフィルタで画像が色分解され、色分解された画像が一つの固体撮像装置で電気信号に変換されて、色信号が得られる。さらに、単板方式では、色分解される際の色に応じて、原色系と補色系とに分けられる。例えば、原色系では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色に色分解され、補色系では、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）の四色に色分解される（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、固体撮像装置は、多板方式、単板方式に係わらず、光電変換部で、２次元に配列された画素に画像が分割されて電気信号に変換される点で共通する。
従って、以下に、単板方式の固体撮像装置についてのみ説明し、多板方式の固体撮像については説明を省略する。
また、分解する色が異なるのみで、電気信号に変換するまでの方式は共通する為、単板方式の中でも原色系についてのみ説明し、補色系については説明を省略する。

＜従来の固体撮像装置の構成＞
図１５（ａ）は、従来の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｊ−Ｊ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部１０を構成する多数の画素の集合である画素部のうち一部（水平垂直２×２画素）の画素部のみが示されている。

図１５（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部１０は、２次元に配列された画素から構成される。また、画素部は、画像を構成する最小単位である画素に対応する。
画素１〜４のそれぞれは、拡散プロセスで半導体基板１１上に形成される受光素子１２、絶縁膜１３、及び遮光膜１４と、遮光膜１４に形成される開口部１５と、平坦化のために遮光膜１４の上面に形成される絶縁膜１６と、オンチップカラーフィルタ製造プロセスで絶縁膜１６の上面に形成されるカラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂとから構成される。

ここで、オンチップカラーフィルタ製造プロセスでは、樹脂膜を塗布し、ホトマスクを用いて塗布した樹脂膜を露光し、さらに現像し、染色パターンを形成する。そして、形成した染色パターンを顔料などで染色して、カラーフィルタが形成される。
また、それぞれの画素には、ベイヤ型配列で色が割り当てられ、割り当てられた色のカラーフィルタが、３個で一組とする画素のそれぞれに一色ずつ形成されている。例えば、図中では、画素１，４には、緑色のカラーフィルタ１７ｇが形成され、画素２には、青色のカラーフィルタ１７ｂが形成され、画素３には、赤色のカラーフィルタ１７ｒが形成されている。

さらに、画素１〜４のそれぞれは、カラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂのそれぞれの上方に赤外カットフィルタ１８が設けられている。
そして、光電変換部１０に入射する光は、赤外カットフィルタ１８、さらに各色のカラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂのいずれかを透過した後に、開口部１５を通過して、受光素子１２で電子に光電変換される。

図１６は、受光素子の分光感度特性および人間の目の感受特性を示すグラフである。
同図には、シリコンＰ−Ｎ接合を利用した受光素子の分光特性が分光特性曲線５１で示され、人間の目の感受特性が比視感度曲線５２で示されている。
分光特性曲線５１にみられるように、シリコンＰ−Ｎ接合を利用した受光素子は、可視光から赤外線の波長範囲のうち、取り分け１１００ｎｍ〜３００ｎｍの光に対して感度を有し、そのピークが７５０ｎｍ〜６００ｎｍにある。

ここで、可視光は、波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の電磁波の一種であり、波長の短い部分から、紫、青、緑、橙、赤などの色として人間の目に感じ取られる。また、赤外線は、可視光より波長の長い電磁波の一種であり、可視光に近い部分から、近赤外光（０．７８〜３μｍ）、中赤外光（３〜３０μｍ）、遠赤外光（３０μｍ〜１ｍｍ）とされる。

一方、比視感度曲線５２にみられるように、人間の目の感受特性を示す視感度は、波長５５５ｎｍの光（緑色）で最大になり、それより短い波長の光（青色側）ほど、またはそれより長い波長の光（赤色側）ほど小さくなる。
これらの分光特性曲線５１および比視感度曲線５２から解る事は、デジタルカメラにおいて求められる固体撮像装置は、人間の可視領域での光量測定が重要であるため、可視領域外の赤外線が固体撮像装置の受光素子１２に及ぼす影響を出来るだけ除く必要があることである。

従って、光電変換部１０では、赤外線フィルター１８が設けられている。
また、光電変換部１０では、色信号を得るために受光素子１２の上方にカラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂのいずれか１つが形成され、さらにその上方に設けられた赤外線フィルタ１８と相まって、一定性能の光電変換を実現している。
安藤隆男／菰淵寛仁 著 「固体撮像素子の基礎 −電子の目のしくみ−」 株式会社 日本理工出版会、１９９９年１２月５日、ｐ．１８３−１８８

しかしながら、固体撮像装置を製造するにあたり、拡散プロセス以外に、カラーフィルタおよび赤外カットフィルタを形成するオンチップカラーフィルタ製造プロセスを要する。即ち、複数の製造プロセスを要することから、固体撮像装置の製造時間が長くなり、製造コストが高くなるという問題がある。
またさらに、一定性能以上の光電変換部を製造しようとすると、分光特性の精度が良いカラーフィルタおよび赤外カットフィルタを製造する必要がある。即ち、歩留まりが低下し、製造コストが高くなるという問題もある。

本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、製造時間を短縮し、コストを下げ、歩留まりを向上させると同時に、従来と同等もしくはそれ以上の高画質化が実現される固体撮像装置、当該固体撮像装置から出力される電気信号から色信号を生成する信号処理装置、当該固体撮像装置が組み込まれたカメラ、及び分光装置を提供することを目的とする。

＜解決手段１＞
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わる固体撮像装置は、受光した光を電気信号に変換する受光素子の上方に絶縁膜を挟んで形成された遮光膜に、当該受光素子が感度を有する波長範囲内における所定の波長以上の光は遮断され、当該所定の波長未満の光は通過する開口部が設けられているとする。

本発明に係る固体撮像装置は、上述の構成を備えることにより、遮光膜に設けられている開口部がハイパスフィルタとして機能し、所定波長以上の光を遮断することが可能となる。即ち、遮光膜に設けられている開口部が一定の波長より長い波長の光を遮断することによって、赤外カットフィルタやカラーフィルタの省略が可能となり、または赤外カットフィルタの赤外線を遮断する精度を大幅に緩和することや、各カラーフィルタの分光特性を大幅に緩和することが可能となる。

例えば、所定の波長を可視光端の波長として、可視光端の波長を遮断する開口部が遮光膜に設けられている場合、赤外カットフィルタにおいて、赤外線を遮断する精度を大幅に緩和することができる。
というのは、仮に、赤外カットフィルタを赤外線が透過したとしても、赤外カットフィルタを透過した赤外線は、開口部で遮断されることになり、受光素子には到達しないからである。

また、カラーフィルタにおいて、各カラーフィルタを透過すべき可視光より長い波長の分光特性の精度を大幅に緩和しても、同様である。
即ち、赤外カットフィルタの省略または赤外線を遮断する精度を大幅に緩和することができ、また、カラーフィルタの省略または各カラーフィルタの分光特性の精度を大幅に緩和することができることによって、固体撮像装置の製造プロセスの簡素化及び赤外カットカラーフィルタ、カラーフィルタの歩留まりの大幅改善が可能となる。

従って、固体撮像装置の製造時間の短縮、製造コストの低下、歩留まりの向上が図られることになる。
さらに、赤外カットフィルタおよびカラーフィルタの材料特性を緩和し、また材料選択の範囲を拡大することも可能となる。
＜解決手段２＞
さらに、解決手段１に記載の内容に加えて、撮像される画像を構成する最小単位である画素ごとに前記受光素子が設けられ、それぞれの受光素子の上方に前記開口部が設けられているとしてもよい。

これによって、画素ごとに、受光する光の周波数を限定することが出来る様になるので、各画素のカラーフィルタの省略、または赤外カットフィルタや各カラーフィルタの分光特性を大幅に緩和することが可能となる。
＜解決手段３＞
さらに、解決手段２に記載の内容に加えて、前記所定の波長に基づいて、前記開口部の形状と寸法とが特定されているとしてもよい。

これによって、開口部の形状と寸法とを変えれば、開口部で遮断される波長を変えることが可能という効果がある。
＜解決手段４＞
さらに、解決手段３に記載の内容に加えて、前記所定の波長がそれぞれ異なるＮ（Ｎは自然数）種類の開口部が、Ｎ個の受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けられているとしてもよい。

これによって、各受光素子に異なる波長範囲の光により生ずる電荷を集めることができるので、例えば、カラーフィルタの分光特性の精度が緩くても、精度が良いカラーフィルタを通過する周波数の光による電気信号と同等の電気信号を得ることが可能である。
＜解決手段５＞
さらに、解決手段３に記載の内容に加えて、Ｎ（Ｎは自然数）個の受光素子で受光された光から生成されるＮ種類の電気信号を構成要素とする列ベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の第１の表色系の色信号を構成要素とする列ベクトルに変換するＭ×Ｎ行列に基づいて、当該Ｎ種類の電気信号から当該第１の表色系の色信号を生成するとしてもよい。

これによって、カラーフィルタを利用して得られた光から求めた電気信号、例えば、赤色、緑色、青色の三原色からなる色信号とは異なり、単に、特定の波長範囲の光によって生ずる電荷を集めて生成される電気信号からでも、色信号を生成することができることから、カラーフィルタに依存せずともカラー化を実現することが可能という効果がある。
＜解決手段６＞
さらに、解決手段５に記載の内容に加えて、前記第１の表色系の色信号を構成要素とする列ベクトルを補正するＭ×Ｍ行列に基づいて、前記Ｎ種類の電気信号から生成された前記第１の表色系の色信号に対して色補正を施すとしてもよい。

これによって、生成された色信号が、所望とする色からずれていても、補正して、所望とする色を再現することが可能という効果がある。
＜解決手段７＞
または、解決手段５に記載の内容に加えて、前記第１の表色系の色信号を構成要素とする列ベクトルを、Ｌ（Ｌは自然数）種類の第２の表色系の色信号を構成要素とする列ベクトルに変換するＬ×Ｍ行列に基づいて、前記Ｎ種類の電気信号から生成された前記第１の表色系の色信号を当該第２の表色系の色信号に変換するとしてもよい。

これによって、生成される色信号とは異なる表色系の色信号を生成する必要があっても、生成された色信号から他の表色系の色信号を生成することができ、所望とする表色系の色で再現することが可能という効果がある。
＜解決手段８＞
さらに、解決手段７に記載の内容に加えて、前記第２の表色系の色信号を構成要素とする列ベクトルを補正するＬ×Ｌ行列に基づいて、前記第１の表色系の色信号から変換された前記第２の表色系の色信号に対して色補正を施すとしてもよい。

これによって、変換された色信号が、所望とする色からずれていても、補正して、所望とする色を再現することが可能という効果がある。
＜解決手段９＞
または、解決手段３に記載の内容に加えて、前記受光素子は、前記開口部が複数設けられているとしてもよい。

これによって、複数の開口部の下方に設けられている受光素子が受光し得る光量を増加することができるので、固体撮像装置の感度を大幅に増加して、高画質化を実現することが可能という効果がある。
＜解決手段１０＞
さらに、解決手段９に記載の内容に加えて、前記開口部の一部の開口部は所定の波長以上の光は遮断し、当該所定の波長未満の光を通過させ、他の開口部は当該一部の開口部とは異なる所定の波長以上の光は遮断し、当該異なる所定の波長未満の光を通過させることとしてもよい。

これによって、所定波長未満の光を通過させる開口部が複数あることになり、１つの受光素子が受ける光の最長波長付近の光の分光特性を詳細に調整することができるようになる。
従って、受光素子が受ける光の最長波長付近の分光特性が複数種類の最長波長で調整され、所望する波長の光を受光素子は受けることができるようになる。

＜解決手段１１＞
または、解決手段９に記載の内容に加えて、前記開口部は、前記開口部の長手方向の寸法以下の間隔を空けて、長手方向に隣接するように設けられていることとしてもよい。
これによって、画素に設けられる開口部の数が増えて、開口面積が上がり、それとともに感度も上がるという効果がある。

＜解決手段１２＞
または、解決手段９に記載の内容に加えて、前記開口部は、前記開口部の長手方向の寸法以上の間隔を空けて、長手方向に隣接するように設けられていることとしてもよい。
これによって、開口部が通過させる光の波長よりも長い波長の光が開口部を通過することを抑制することが可能という効果がある。

＜解決手段１３＞
または、解決手段３に記載の内容に加えて、前記受光素子毎に、前記開口部を覆う１つのマイクロレンズが形成されていることとしてもよい。
これによって、開口部の光だけでなく遮光膜上の光も開口部に集められて、より多くの光量が受光素子で受光され、高感度化を実現するこが可能という効果がある。また、形成するマイクロレンズの大きさを調整することにより、各受光素子に求められる性能応じて各受光素子に入る光の量を調整することが可能となる。

＜解決手段１４＞
さらに、解決手段３に記載の内容に加えて、前記開口部毎に、前記開口部を覆うマイクロレンズが形成されていることとしてもよい。
これによって、それぞれの開口部に対する集光率を大幅に改善でき、高感度化を実現することが可能という効果がある。また、開口部毎に光の量を調整することが出来るようになり、波長毎に光の量を調整することが可能となる。

＜解決手段１５＞
または、解決手段３に記載の内容に加えて、前記絶縁膜の膜厚は、前記遮光膜に設けられた開口部において最小となる寸法以上であり、前記受光素子により電気信号に変換すべき光の波長以下であるとしてもよい。
これによって、開口部を通過する光の中でも、受光素子に到着するまでに減衰する波長の光（特に、最長波長に近い光）が受光素子に与える影響を小さくすることができ、色の混色の少ない高画質を実現することが可能という効果がある。

＜解決手段１６＞
または、解決手段３に記載の内容に加えて、前記開口部の形状が方形であるならば、当該方形の長辺に基づき前記開口部の寸法が特定され、前記開口部の形状が円形であるならば、当該円形の直径に基づき前記開口部の寸法が特定されることとしてもよい。
これによって、開口部の寸法を容易に特定することが可能という効果がある。

＜解決手段１７＞
または、解決手段３に記載の内容に加えて、前記所定の波長は、前記開口部の上面に形成された媒質内での近赤外光、赤色光、緑色光、青色光のいずれかの波長であるとしてもよい。
これによって、所定の波長がそれぞれ異なる３種類以上の分光信号を実現することができ、色の三原色を実現することができる。これにより、赤外カットフィルタおよびカラーフィルタに依存せずとも、カラー化を実現することが可能という効果がある。

＜解決手段１８＞
または、解決手段２に記載の内容に加えて、それぞれの受光素子の上方に設けられている開口部の形状は、細長い矩形状であり、それらの長手方向は、一方向に揃えられているとしてもよい。
これによって、長手方向に電界を持つ光の偏光成分が受光素子に集められるので、光の乱反射による疑似信号の防止や、所望の偏光された光のみが受光素子で受光され、色信号の混色防止や偏光精度が高められ、高画質化を実現することが可能という効果がある。

＜解決手段１９＞
または、解決手段２に記載の内容に加えて、それぞれの受光素子の上方に設けられている開口部の形状は、細長い矩形状であり、それらの長手方向は、画素ごとに、第１の方向と、第１の方向と交差する第２の方向とのうちいずれか一つの方向に向いているとしてもよい。

これによって、画素に応じて、光の偏光成分を分けることができるので、光の乱反射による疑似信号の防止や、所望の偏光された光のみを受光素子で受光することができる。その結果として、色信号の混色防止や偏光精度を高め、高画質化を実現することが可能という効果がある。
＜解決手段２０＞
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わる信号処理装置は、固体撮像装置から出力されたＮ（Ｎは自然数）種類の電気信号を処理する信号処理装置であって、当該Ｎ種類の電気信号に属する第１の電気信号と、当該Ｎ種類の電気信号に属し当該第１の電気信号に隣接する第２の電気信号との要素間の差を取って、当該Ｎ種類の電気信号を構成要素とするベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルに変換する差分行列を保持する差分行列保持手段と、当該差分行列に基づいて、当該Ｎ種類の電気信号から当該第１の表色系の色信号を生成する色信号生成手段とを備えるとする。

これによって、固体撮像装置において、赤色、緑色、青色の三原色からなる色信号とは異なり、単に、異なる波長範囲の光が生じさせる電荷を集めて生成されて出力される電気信号からでも、色信号を生成することができることにより、カラーフィルタに依存せずともカラー化を実現することが可能という効果がある。
＜解決手段２１＞
さらに、解決手段２０に記載の内容に加えて、前記第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルを補正する補正行列を保持する補正行列保持手段と、当該補正行列に基づいて、前記色信号生成手段で生成された第１の表色系の色信号を補正する色信号補正手段とを備えるとしてもよい。

これによって、生成された色信号が、所望する色からずれた色の光から生成された色信号であっても、補正して、所望する色の色信号を再生成することが可能という効果がある。
＜解決手段２２＞
または、解決手段２０に記載の内容に加えて、前記第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルを、Ｌ（Ｌは自然数）種類の第２の表色系の色信号を構成要素とするベクトルに変換する表色系変換行列を保持する表色系変換行列保持手段と、当該表色系変換行列に基づいて、前記色信号生成手段で生成された第１の表色系の色信号を変換して当該第２の表色系の色信号を生成する表色系変換手段とを備えるとしてもよい。

これによって、生成された色信号から他の表色系の色信号を生成することができ、所望とする表色系の色で画像を再現することが可能という効果がある。
＜解決手段２３＞
さらに、解決手段２２に記載の内容に加えて、前記第２の表色系の色信号を構成要素とするベクトルを補正する補正行列を保持する補正行列保持手段と、当該補正行列に基づいて、前記表色系変換手段で生成された第２の表色系の色信号を補正する色信号補正手段とを備えるとしてもよい。

これによって、変換された色信号が、所望する色からずれた色の光から生成された色信号であっても、補正して、所望する色の色信号を再生成することが可能という効果がある。
＜解決手段２４＞
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わるカメラは、受光した光を電気信号に変換する受光素子の上方に絶縁膜を挟んで形成された遮光膜に、当該受光素子が感度を有する波長範囲内における所定の波長以上の光は遮断され、当該所定の波長未満の光は通過する開口部が設けられ、撮像される画像を構成する最小単位である画素ごとに当該受光素子が設けられ、それぞれの受光素子の上方に当該開口部が設けられている固体撮像装置を備えるとする。

これによって、赤外カットフィルタの省略または赤外線を遮断する精度を大幅に緩和することができ、また、カラーフィルタの省略または各カラーフィルタの分光特性の精度を大幅に緩和することができることによって、固体撮像装置の製造プロセスの簡素化及び赤外カットカラーフィルタ、カラーフィルタの歩留まりの大幅改善が可能となる。
従って、固体撮像装置の製造時間の短縮、製造コストの低下、歩留まりの向上が図られることになる。

結果として、安価で、高性能なカメラを提供することが可能となる。
＜解決手段２５＞
さらに、解決手段２４に記載の内容に加えて、前記固体撮像装置は、前記所定の波長がそれぞれ異なるＮ（Ｎは自然数）種類の開口部がＮ個の受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けられ、それぞれの前記所定の波長に基づいて特定される形状と寸法との前記開口部が上方に設けられている当該Ｎ個の受光素子のそれぞれで受光された光から生成されるＮ種類の電気信号を処理する信号処理回路が設けられ、当該信号処理回路は、当該Ｎ種類の電気信号に属する第１の電気信号と、当該Ｎ種類の電気信号に属し当該第１の電気信号に隣接する第２の電気信号との要素間の差を取って、当該Ｎ種類の電気信号を構成要素とするベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルに変換する差分行列に基づいて、当該Ｎ種類の電気信号から当該第１の表色系の色信号を生成することとしてもよい。

これによって、開口部の形状と寸法とを変えれば、開口部で遮断される波長を変えることができる。これから、異なる波長範囲の電荷を集めることができる。例えば、カラーフィルタと組み合わせると、カラーフィルタの分光特性の精度が緩くても、カラーフィルタの色ごとに必要とする光を制限することができる。また、赤色、緑色、青色の三原色からなる色信号とは異なり、単に、異なる波長範囲の電荷を集めて生成される電気信号からでも、色信号を生成することができることにより、カラーフィルタに依存せずともカラー化を実現することが可能という効果がある。

＜解決手段２６＞
または、解決手段２４に記載の内容に加えて、前記カメラは、さらに、前記固体撮像装置から出力されたＮ（Ｎは自然数）種類の電気信号を処理する信号処理装置を備え、前記固体撮像装置は、前記所定の波長がそれぞれ異なるＮ種類の開口部がＮ個の受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けられ、それぞれの前記所定の波長に基づいて特定される形状と寸法との前記開口部が上方に設けられている当該Ｎ個の受光素子のそれぞれで受光された光から生成されるＮ種類の電気信号を前記信号処理装置に出力し、前記信号処理装置は、当該Ｎ種類の電気信号に属する第１の電気信号と、当該Ｎ種類の電気信号に属し当該第１の電気信号に隣接する第２の電気信号との要素間の差を取って、当該Ｎ種類の電気信号を構成要素とするベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルに変換する差分行列に基づいて、当該Ｎ種類の電気信号から当該第１の表色系の色信号を生成することとしてもよい。

これによって、固体撮像装置と信号処理装置とが組み込まれた単板方式のカメラにおいても、解決手段２５に記載の効果と同等の効果がある。
＜解決手段２７＞
または、解決手段２４に記載の内容に加えて、前記カメラは、さらに、前記所定の波長がそれぞれ異なるＮ種類の開口部が受光素子の上方に１種類ずつ設けられているＮ個の前記固体撮像装置と、前記Ｎ個の固体撮像装置からそれぞれ出力されたＮ（Ｎは自然数）種類の電気信号を処理する信号処理装置とを備え、前記Ｎ個の固体撮像装置のそれぞれは、前記所定の波長に基づいて特定される形状と寸法との前記開口部が上方に設けられている受光素子で受光された光から生成される電気信号を前記信号処理装置にそれぞれ出力し、前記信号処理装置は、当該Ｎ種類の電気信号に属する第１の電気信号と、当該Ｎ種類の電気信号に属し当該第１の電気信号に隣接する第２の電気信号との要素間の差を取って、当該Ｎ種類の電気信号を構成要素とするベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の第１の表色系の色信号を構成要素とするベクトルに変換する差分行列に基づいて、当該Ｎ種類の電気信号から当該第１の表色系の色信号を生成することとしてもよい。

これによって、複数の固体撮像装置と信号処理装置とが組み込まれた多板方式のカメラにおいても、解決手段２５に記載の効果と同等の効果がある。
＜解決手段２８＞
また、本発明に係る分光装置は、光源からの光路と非平行に存在する遮光部材の光があたる部分に、所定の波長以上の光は遮断され、当該所定の波長未満の光は通過する開口部を設けて、光源からの光を分光する分光手段を備えることを特徴とする。

これによって、遮光部材に設けられている開口部がハイパスフィルタとして機能し、所定波長未満の光が開口部を通過することになるので、入射光がどの開口部を通過したかを調べることによって、入射光の波長の最大値を簡便に測定することが可能となる。
さらに、開口部の大きさを調整することや遮光部材の角度を変えることにより、容易に分光する光の周波数の種類を増やすことが可能となる。

また、開口部の個数を調整することで、通過する光の量を容易に調整することができることから、分光装置の光のＳＮ比を改善することが可能となる。
＜解決手段２９＞
また、前記分光装置は、更に、前記分光手段により分光された光をその強度に応じた電気信号に変換する光検出手段を備えることとしてもよい。

これによって、開口部を通過した光を電気信号に変えることができるので、所定波長未満の光の量を検出することが可能となる。
＜解決手段３０＞
また、前記分光装置は、更に、前記光検出手段によって変換されたＮ（Ｎは自然数）種類の電気信号に属する第１の電気信号と、前記Ｎ種類の電気信号に属し前記第１の電気信号に隣接する第２の電気信号との要素間の差を取って、前記Ｎ種類の電気信号を構成要素とするベクトルを、Ｍ（Ｍは自然数）種類の電気信号を構成要素とするベクトルに変換するＭ×Ｎの差分行列を保持する差分行列保持手段と、前記差分行列に基づいて、前記Ｎ種類の電気信号から前記Ｍ種類の電気信号を生成する信号処理手段とを備えることとしてもよい。

これによって、開口部を通過した光から求めた電気信号に対して、一定のマトリックス演算を行い、特定の波長の光の強度を算出することが出来るので、波長の強度依存性を検出できる装置を容易に作成することが可能となる。

＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、従来の技術と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、実施の形態を通して、大体の目安として、赤外線（ＩＲ）を７８０ｎｍ〜３μｍの光とし、赤色光（Ｒ）を６１０ｎｍ付近の光とし、緑色光（Ｇ）を５４０ｎｍ付近の光とし、青色光（Ｂ）を４５０ｎｍ付近の光とする。

＜実施の形態１の概要＞
図１は、デジタルカメラで用いられる固体撮像装置の概要を示す斜視図である。
同図にみられるように、デジタルカメラ１００で用いられる固体撮像装置１０１は、従来の固体撮像装置と比べて、受光面を保護する封止ガラスを介して入射した光（以下、入射光と呼称する）が、光電変換部（図中の点ハッチングで示される領域）で電子に光電変換される点は同一である。

しかしながら、赤外カットフィルタ１８が省かれ、その代わりに、開口部１５の大きさを小さくすることで、赤外光を遮断する点が異なる。これは、開口の長辺寸法に応じた波長以上の電磁波を遮断する導波管の様に、ハイパスフィルターとして開口部１５を機能させることに基づいている。
＜導波管について＞
ここで、マイクロ波帯の代表的な伝送線路である導波管について説明する。なお、マイクロ波も光も、共にマクスウェル方程式に従う電磁波である。

導波管は、壁面が銅などの良導体で作られている中空のパイプであり、断面の形状によって、方形導波管、円形導波管などに分類される。なお、導波管には、断面の構造寸法により特定される遮断周波数があり、それ以下の周波数では信号が伝達できないという性質が一般的に知られている。
例えば、横幅ａおよび高さｂの方形導波管において、遮断周波数ｆ_cは、以下の式（１）で示される。また、遮断周波数に対する波長（以下、遮断波長と呼称する）λ_cは、以下の式（２）で示される。なお、ここでは、高さｂより横幅ａが大きい（ａ＞ｂ）とする。また、半径ｒの円形導波管においては、遮断周波数ｆ_cは、以下の式（３）で示され、遮断波長λ_cは、以下の式（４）で示される。なお、導波管の内部には、誘電率εおよび透磁率μの等方かつ均質な媒質が充填されているものとし、媒質中の平面波の速度ｖは、以下の式（５）で示される。

以上の点を踏まえて、実施の形態１における固体撮像装置について説明する。
＜実施の形態１における固体撮像装置の構成＞
図２（ａ）は、実施の形態１の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ａ−Ａ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部１１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図２（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部１１０は、開口部１１５が遮光膜１１４に形成されている。そして、絶縁膜１６を挟んで、カラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂのそれぞれの下部に開口部１１５が配置されている。そして、従来の光電変換部１０においてカラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂのそれぞれの上方に設けられていた赤外カットフィルタ１８が省かれている。

受光素子１２は、光を受光すると、Ｐ−Ｎ接合の境界付近で受光した光に応じた電子および正孔を発生する。そして、発生した電子および正孔から、受光した光を効率よく電流に変換する。また、受光素子の感度は、光の波長によって異なり、波長が短いほど表面より浅い位置で効率よく吸収される。なお、Ｐ−Ｎ接合より離れた所で生成された電子および正孔は、空乏層領域に到達するまでに再結合して消滅することにより、電流の発生には寄与しない。

これにより、長波長の光に対して感度をもたせる場合には、深い位置にＰ−Ｎ接合を形成し、また短波長の光に対して感度をもたせる場合には、シリコン表面付近にＰ−Ｎ接合を形成する必要がある。
以下、一例として、受光素子１２は、１０００ｎｍ〜２７０ｎｍの波長を有する光に感度をもち、８００ｎｍ〜７００ｎｍにピークがあるフォトダイオードとする。また、絶縁膜１３，１６は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）とし、遮光膜１１４は、アルミ膜（Ａｌ）またはタングステンシリサイド膜（Ｗ−Ｓｉ）とする。

＜開口部の寸法について＞
開口部１１５は、開口部１５に比べて開口の寸法を小さくして、その寸法と形状とから特定される遮断波長λ_c以上の波長の光が遮断される。なお、屈折率Ｎ_rの絶縁膜１６を介して、波長λ_iの光が開口部１１５に入射する際には、絶縁膜１６の屈折率を考慮して、絶縁膜１６におけるその光の波長λ_rは、以下の式（６）で示される。

図３は、固体撮像装置の主な材質の屈折率の一覧表を示す図である。
同図にみられるように、一覧表１３０は、カラム１３１に材質、カラム１３２に材質の屈折率が示されている。
例えば、絶縁膜１６をシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）とし、外部から絶縁膜１６に入射された光の波長が７８０ｎｍ（赤外線）とすると、絶縁膜１６を介して開口部１１５に入射する際には、屈折率は１．４６から、その光の波長は約５３４．２５ｎｍになる。そして、開口部１１５の遮断波長λ_cが約５３４．２５ｎｍ以下ならば、外部から入射した７８０ｎｍの光は、開口部１１５で遮断される。

ここで、開口部１１５の形状を方形とすると、以下の式（７）から、開口部の長辺ａが２６７．１２ｎｍ以下ならば遮断される。また、開口の形状を円形とすると、以下の式（８）から、開口部の半径ｒが約２２８．５３ｎｍ（直径にして４５７．０７ｎｍ）以下ならば遮断されることが示される。

これから、可視光は通過し得るが赤外線（７８０ｎｍ）以上の光は遮断され得るであろう遮断波長λ_rcと、開口部１１５の上面に形成された絶縁膜１６の屈折率Ｎ_rと、開口部１１５の形状により、目安となる開口部１１５の寸法が特定されることが示される。
以下、所定の波長以上の光は開口部によって遮断され得るであろう遮断波長λ_rcと、開口部の上面に形成された媒質の屈折率Ｎ_rと、開口部の形状とによって特定される開口部の寸法を遮断寸法とする。そして、開口部の形状が方形であるならば、遮断寸法は、その長辺の寸法を指し、円形であるならば、その半径の寸法を指す。

また、赤色光の波長（６１０ｎｍ）以下の光は通過し得るが赤外線（７８０ｎｍ）以上の光は遮断され得るであろう遮断寸法を赤外線遮断寸法とする。
なお、遮断寸法の上限は、受光素子１２が感度を有する波長範囲の最長波長から特定される。これは、開口部の寸法をそれ以上大きくしても、受光素子１２が感度を有さない波長の光が受光されるだけであり、結果的には、受光されていないのと同じであることに基づいている。

例えば、最長波長が１０００ｎｍならば、開口部の形状が方形の場合には、以上の式（７）から約３４２．４６ｎｍになり、開口部の形状が円形の場合には、約２００．６８ｎｍ（直径にして約４０１．３６ｎｍ）になる。これらから、おおよそ、５００ｎｍが一つの目安になる。これは、従来の開口部１５の寸法が、おおよそ、１５００ｎｍであるのに対して、開口部１１５の寸法が際立って小さいことが示される。以下、この場合における遮断寸法を最長遮断寸法とする。

＜実施の形態１における固体撮像装置の分光特性＞
以上のように構成された光電変換部１１０について、その分光特性について説明する。
図４は、実施の形態１における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。
なお、横軸に波長が示され、縦軸に分光感度が示されている。
同図にみられるように、開口部１１５を通過し得る光の分光特性が分光特性曲線１５１で示されている。また、参考までに、赤色のカラーフィルタ１７ｒを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線１５２ｒ（図中の破線で示される線）で示され、緑色のカラーフィルタ１７ｇを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線１５２ｇ（図中の一点破線で示される線）で示され、青色のカラーフィルタ１７ｂを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線１５２ｂ（図中の二点破線で示される線）で示されている。

なお、ここでは、遮光膜１１４に形成された開口部の特性を示すために、測定時には、開口部の上方に設けられるカラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂは取り除かれている。
分光特性曲線１５１にみられるように、開口部１１５は、７６０ｎｍ以上の光を遮断し、感度が現われだす７６０ｎｍ〜７５０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。
分光特性曲線１５２ｒにみられるように、カラーフィルタ１７ｒは、７５０ｎｍ〜５２０ｎｍの波長範囲（以下、Ｒ錐状体と呼称する）の波長範囲の光を透過させ、それ以外の光をほとんど透過させない。特に、ピークが赤の波長（６１０ｎｍ）付近にあるように、赤の波長付近の光をよく透過させることが示される。

分光特性曲線１５２ｇにみられるように、カラーフィルタ１７ｇは、６４０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲（以下、Ｇ錐状体と呼称する）の波長範囲の光を透過させ、それ以外の光をほとんど透過させない。特に、ピークが緑の波長（５４０ｎｍ）付近にあるように、緑の波長付近の光をよく透過させることが示される。
分光特性曲線１５２ｂにみられるように、カラーフィルタ１７ｂは、５７０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長範囲（以下、Ｂ錐状体と呼称する）の波長範囲の光を透過させ、それ以外の光をほとんど透過させない。特に、ピークが青の波長（４５０ｎｍ）付近にあるように、青の波長付近の光をよく透過させることが示される。

＜実施の形態１のまとめ＞
以上のように、光電変換部１１０では、カラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂと開口部１１５とが組み合わされて、入射光のうち可視光は通過し、近赤外光は遮断される。これにより、赤外線カットフィルター１８が省かれても、カラーフィルタ１７ｒを通過し得る光の波長領域がＲ錐状体よりも長波長側に存在しても、その光は遮断される。

なお、実際には、目安とする遮断寸法に基づいて、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法などの数値解析、および分光測定などの実験によって開口部の寸法が特定される。しかしながら、製造上ある一定の単位でしか微細には加工されないことにより、開口部の寸法は若干前後する。
＜実施の形態１におけるその他＞
なお、ここでは、７８０ｎｍの光を例に説明したが、実際には、用途に応じて、対象とする光の波長から遮断波長λ_rcが特定される。例えば、固体撮像装置で生成される色信号に感度を持たすことにより、７９０ｎｍ、８００ｎｍなどの光を対象に遮断波長λ_rcが特定されるとして、若干の赤外線が受光されるようにしてもよいし、特に、赤外領域を受光することに重きが置かれる赤外線カメラでは、積極的に、１０００ｎｍなどの赤外領域の光を対象に遮断波長λ_rcとするとしてもよい。

なお、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を、ＣＩＥ（Centre Internationale d'Elairage）のＲＧＢ表色系において三原色とされる７００ｎｍ（Ｒ）、５４６．１ｎｍ（Ｇ）、４３５．８ｎｍ（Ｂ）の単色光としてもよい。
なお、固体撮像装置１０１は、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像素子としてもよいし、インタライン転送方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子としてもよいし、フレーム転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子としてもよい。

なお、開口部の形状として、正方形、長方形などの方形の代わりに、円形としてもよい。
なお、遮光膜からしみでるエバネッセント波の影響を考慮すると、絶縁膜１３の膜厚は、受光素子１２が感度を有する波長範囲における最長波長程度としてもよい。

＜実施の形態２＞
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜実施の形態２の概要＞
実施の形態１においては、近赤外光を遮断することに主眼が置かれていた。実施の形態２においては、さらに、各色ごとに不要とする波長の光を遮断することに主眼が置かれる。
以上の点を踏まえて、実施の形態２における固体撮像装置について説明する。

＜実施の形態２における固体撮像装置の構成＞
図５（ａ）は、実施の形態２の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｂ−Ｂ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部２１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図５（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部２１０は、それぞれの遮断寸法が異なる開口部２１５ｒ，２１５ｇ，２１５ｂが遮光膜２１４に形成されている。そして、絶縁膜１６を挟んで、カラーフィルタ２１７ｒの下部には、赤外線遮断寸法の開口部２１５ｒが配置され、カラーフィルタ２１７ｇの下部には、赤色光遮断寸法の開口部２１５ｇが配置され、カラーフィルタ２１７ｂの下部には、緑色光遮断寸法の開口部２１５ｂが配置されている。

ここで、赤色光遮断寸法とは、緑色光の波長（５４０ｎｍ）以下の光は通過し得るが赤色光の波長（６１０ｎｍ）以上の光は遮断され得るであろう遮断寸法を指す。
ここで、緑色光遮断寸法とは、青色光の波長（４５０ｎｍ）以下の光は通過し得るが緑色光の波長（５４０ｎｍ）以上の光は遮断され得るであろう遮断寸法を指す。
なお、赤外線遮断寸法、赤色光遮断寸法、緑色光遮断寸法の中では、赤外線遮断寸法が最も大きく、赤色光遮断寸法が二番目に大きく、緑色光遮断寸法が最も小さい。

＜実施の形態２における固体撮像装置の分光特性＞
以上のように構成された光電変換部２１０について、その分光特性について説明する。
なお、カラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂは、カラーフィルタ１７ｒ，１７ｇ，１７ｂに比べて、分光特性の精度が緩いとする。
図６は、実施の形態２における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。

同図にみられるように、開口部２１５ｒを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５１ｒで示され、開口部２１５ｇを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５１ｇで示され、開口部２１５ｂを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５１ｂで示されている。また、参考までに、カラーフィルタ２１７ｒを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５２ｒで示され、カラーフィルタ２１７ｇを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５２ｇで示され、カラーフィルタ２１７ｂを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線２５２ｂで示されている。

なお、ここでは、遮光膜２１４に形成された開口部の特性を示すことにより、開口部の上方に設けられるカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂは取り除かれている。
分光特性曲線２５１ｒにみられるように、開口部２１５ｒは、７６０ｎｍ以上の光を遮断し、感度が現われだす７６０ｎｍ〜７５０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。

分光特性曲線２５１ｇにみられるように、開口部２１５ｇは、６５０ｎｍ以上の光を遮断し、感度が現われだす６４０ｎｍ〜６３０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。
分光特性曲線２５１ｂにみられるように、開口部２１５ｂは、５８０ｎｍ以上の光を遮断し、感度が現われだす５８０ｎｍ〜５７０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。

分光特性曲線２５２ｒにみられるように、カラーフィルタ２１７ｒは、５２０ｎｍ以下の光をほとんど透過させずに、５２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲（Ｒ錐状体）の光を透過させ、特に、ピークが赤色光の波長（６１０ｎｍ）付近にあるように、赤色光の波長付近の光をよく透過させることが示されている。また、Ｒ錐状体の長波長側よりも、さらに長波長寄りの光も透過させることが示されている。

分光特性曲線２５２ｇにみられるように、カラーフィルタ２１７ｇは、４５０ｎｍ以下の光をほとんど透過させずに、４５０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長範囲（Ｇ錐状体）の光を透過させ、特に、ピークが緑色光の波長（５４０ｎｍ）付近にあるように、緑色光の波長付近の光をよく透過させることが示されている。また、Ｇ錐状体の長波長側よりも、さらに長波長寄りの光も透過させることが示されている。

分光特性曲線２５２ｂにみられるように、カラーフィルタ２１７ｂは、３７０ｎｍ以下の光をほとんど透過させずに、３７０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長範囲（Ｂ錐状体）の光を透過させ、特に、ピークが青色光の波長（４５０ｎｍ）付近にあるように、青色光の波長付近の光をよく透過させることが示されている。また、Ｂ錐状体の長波長側よりも、さらに長波長寄りの光も透過させることが示されている。

＜実施の形態２のまとめ＞
以上のように、開口部２１５ｒ，２１５ｇ，２１５ｂは、それぞれの色を再現する際に不要とされる光を遮断するハイパスフィルタとして機能する。
例えば、カラーフィルタ２１７ｒと開口部２１５ｒとを組み合わせると、赤色光の波長付近の光は通過し、赤外線の波長以上の光は遮断される。これは、分光特性曲線２５１ｒ，２５２ｒとから示されるように、カラーフィルタ２１７ｒを透過し得る光の波長領域がＲ錐状体の長波長側より、さらに長波長側に存在しても、開口部２１５ｒによって７６０ｎｍ以上の光が遮断される。そして、これにより、図４に示された分光特性曲線１５２ｒに近い分光特性が実現される。

同様に、分光特性曲線２５１ｇ，２５２ｇとから示されるように、カラーフィルタ２１７ｇと開口部２１５ｇとを組み合わせると、緑色光の波長付近の光は通過し、赤色光の波長以上の光は遮断され、図４に示された分光特性曲線１５２ｇに近い分光特性が実現される。
また、分光特性曲線２５１ｂ，２５２ｂとから示されるように、カラーフィルタ２１７ｂと開口部２１５ｂとを組み合わせると、青色光の波長付近の光は通過し、緑色光の波長以上の光は遮断され、図４に示された分光特性曲線１５２ｂに近い分光特性が実現される。

＜実施の形態２におけるその他＞
なお、画素部に割り当てられる色に応じて開口部の形状を変えるとしてもよい。

＜実施の形態３＞
以下、本発明の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜実施の形態３の概要＞
実施の形態２においては、各色ごとに不要とする光を遮断することに主眼が置かれていた。実施の形態３においては、不要とする光を遮断するために小さくした開口部によって減少した感度を増加することに主眼が置かれる。
以上の点を踏まえて、実施の形態３における固体撮像装置について説明する。

＜実施の形態３における固体撮像装置の構成＞
図７（ａ）は、実施の形態３の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｃ−Ｃ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部３１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図７（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部３１０は、それぞれの遮断寸法が異なる開口部３１５ｒ，３１５ｇ，３１５ｂが遮光膜３１４に形成されている。そして、絶縁膜１６を挟んで、カラーフィルタ２１７ｒの下部には、赤外線遮断寸法の開口部３１５ｒが等間隔で複数配置されている。同様に、カラーフィルタ２１７ｇの下部には、赤色光遮断寸法の開口部３１５ｇが等間隔で複数配置されている。また、カラーフィルタ２１７ｂの下部には、緑色光遮断寸法の開口部３１５ｂが等間隔で複数配置されている。

例えば、図中では、カラーフィルタ２１７ｒの下部には、４個の開口部３１５ｒが等間隔で配置され、カラーフィルタ２１７ｇの下部には、９個の開口部３１５ｇが等間隔で配置され、カラーフィルタ２１７ｂの下部には、１６個の開口部３１５ｂが等間隔で配置されていることが示されている。
また、開口部間の距離を短くすると、画素部に配置され得る開口部の数が増えて、開口面積が上がり、それとともに感度も上がる。しかし、開口部間が狭くなり長波長の光が透過されやすくなる。これから、隣接する開口部間の距離は、感度を優先するならば、遮光膜３１４に形成されるそれぞれの開口部に対する遮断寸法以下とし、長波長の光の混入を防止するならば、遮断寸法以上とし、目的に応じて特定される。

＜実施の形態３のまとめ＞
以上のように、それぞれの受光素子１２の上方に同一の開口部が２つ以上設けられることにより、受光素子が受光し得る光量を増加し、感度を大幅に増加し得る。
＜実施の形態３におけるその他＞
なお、絶縁膜１３の膜厚は、開口部３１５ｒにおいて減衰する光の影響を小さくするならば、赤外線遮断寸法と同程度とし、開口部３１５ｂにおいて減衰する光の影響を小さくするならば、緑色光遮断寸法と同程度としてもよい。

＜実施の形態４＞
以下、本発明の実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態３と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜実施の形態４の概要＞
実施の形態３においては、開口部を小さくすることによって減少した感度を増加することに主眼が置かれた。実施の形態４においては、それぞれの画素部に属する遮光膜に遮断寸法がそれぞれ異なる２種類以上の開口部を形成することで、それぞれの画素部に設けられた開口部を通過する光の分光特性を調整することに主眼が置かれる。

以上の点を踏まえて、実施の形態４における固体撮像装置について説明する。
＜実施の形態４における固体撮像装置の構成＞
図８（ａ）は、実施の形態４の固体撮像装置における光電変換部を上面からみた上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｄ−Ｄ'を矢印方向に向かってみた断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部４１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図８（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部４１０は、それぞれの遮断寸法が異なる開口部４１５ｒ，４１５ｇ，４１５ｂと、それぞれの遮断寸法が異なる開口部４１６ｒ，４１６ｇ，４１６ｂとが組み合わされて遮光膜４１４に形成されている。そして、絶縁膜１６を挟んで、カラーフィルタ２１７ｒの下部には、赤外線遮断寸法の開口部４１５ｒと開口部４１６ｒとが一定の間隔で複数配置されている。カラーフィルタ２１７ｇの下部には、赤色光遮断寸法の開口部４１５ｇと開口部４１６ｇとが一定の間隔で複数配置されている。カラーフィルタ２１７ｂの下部には、緑色光遮断寸法の開口部４１５ｂと開口部４１６ｂとが一定の間隔で複数配置されている。

なお、開口部４１６ｒは、開口部４１５ｒと比べて、感度を優先するならば一回り大きくし、また、長波長の光の混入を抑制するならば一回り小さくし、目的に応じて特定される。同様に、開口部４１５ｇを基準にして、開口部４１６ｇの大きさが目的に応じて特定され、また、開口部４１５ｂを基準にして、開口部４１６ｂの大きさが、目的に応じて特定される。

例えば、図中では、カラーフィルタ２１７ｒの下部には、２個の開口部４１５ｒと、開口部４１５ｒと比べて一回り小さい２個の開口部４１６ｒとが一定の間隔で配置されている。同様に、カラーフィルタ２１７ｇの下部には、５個の開口部４１５ｇと、開口部４１５ｇと比べて一回り小さい４個の開口部４１６ｇとが一定の間隔で配置されている。また、カラーフィルタ２１７ｂの下部には、４個の開口部４１５ｂと、開口部４１５ｂと比べて一回り小さい１２個の開口部４１６ｂとが一定の間隔で配置されていることが示されている。

＜実施の形態４における固体撮像装置の分光特性＞
以上のように構成された光電変換部４１０について、その分光特性について説明する。
図９は、実施の形態４における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。
同図にみられるように、開口部４１５ｒと開口部４１６ｒとを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線４５１ｒで示され、開口部４１５ｇと開口部４１６ｇとを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線４５１ｇで示され、開口部４１５ｂと開口部４１６ｂとを通過し得る光の分光特性が分光特性曲線４５１ｂで示されている。また、参考までに、図４で示された、分光特性曲線１５２ｒ（図中の破線で示される線）、分光特性曲線１５２ｇ（図中の一点破線で示される線）、分光特性曲線１５２ｂ（図中の二点破線で示される線）も示されている。

なお、ここでは、遮光膜４１４に形成された開口部の特性を示すことにより、開口部の上方に設けられるカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂは取り除かれている。
分光特性曲線４５１ｒにみられるように、開口部４１５ｒと開口部４１６ｒとの組み合わせは、７６０ｎｍ以上の光を遮断し、Ｒ錐状体の長波長側の斜面曲線に沿う形で、感度が現われだす７６０ｎｍ〜７５０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。

分光特性曲線４５１ｇにみられるように、開口部４１５ｇと開口部４１６ｇとの組み合わせは、６５０ｎｍ以上の光を遮断し、Ｇ錐状体の長波長側の斜面曲線に沿う形で、感度が現われだす６４０ｎｍ〜６３０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。
分光特性曲線４５１ｂにみられるように、開口部４１５ｂと開口部４１６ｂとの組み合わせは、５８０ｎｍ以上の光を遮断し、Ｂ錐状体の長波長側の斜面曲線に沿う形で、感度が現われだす５８０ｎｍ〜５７０ｎｍ付近から光を通過することが示されている。

＜実施の形態４のまとめ＞
以上のように、カラーフィルタ２１７ｒと、開口部４１５ｒと、開口部４１６ｒとを組み合わせると、赤色光の波長付近の光は通過し、赤外線の波長以上の光は遮断される。さらに、開口部４１６ｒによって感度または混入が調整されることにより、図４に示された分光特性曲線１５２ｒに、より近い分光特性が実現される。

同様に、カラーフィルタ２１７ｇと、開口部４１５ｇと、開口部４１６ｇとを組み合わせると、緑色光の波長付近の光は通過し、赤色光の波長以上の光は遮断される。さらに、開口部４１６ｇによって感度または混入が調整されることにより、図４に示された分光特性曲線１５２ｇに、より近い分光特性が実現される。
また、カラーフィルタ２１７ｂと、開口部４１５ｂと、開口部４１６ｂとを組み合わせると、青色光の波長付近の光は通過し、緑色光の波長以上の光は遮断される。さらに、開口部４１６ｂによって感度または混入が調整されることにより、図４に示された分光特性曲線１５２ｂに、より近い分光特性が実現される。

＜実施の形態４におけるその他＞
なお、開口部４１５ｒ，４１６ｒのそれぞれは、赤外線遮断寸法を挟む前後の寸法としてもよい。同様に、開口部４１５ｇ，４１６ｇのそれぞれは、赤色光遮断寸法を挟む前後の寸法としてもよいし、開口部４１５ｂ，４１６ｂのそれぞれは、緑色光遮断寸法を挟む前後の寸法としてもよい。

なお、絶縁膜１３の膜厚は、開口部４１５ｒにおいて減衰する光の影響を小さくするならば、赤外線遮断寸法と同程度とし、開口部４１６ｂにおいて減衰する光の影響を小さくするならば、緑色光遮断寸法と同程度としてもよい。
なお、長辺と直径とが同一の方形形状の開口部と円形形状の開口部とを組み合わせて複数形成されるとしてもよい。また、長辺と直径とが異なる方形形状の開口部と円形形状の開口部とを組み合わせて複数形成されるとしてもよい。

＜実施の形態５＞
以下、本発明の実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
＜実施の形態５の概要＞
実施の形態１においては、入射光の偏光成分を分けることについて主眼が置かれていなかった。実施の形態５においては、開口部の形状を矩形として、その開口部の短辺の寸法によって入射光の偏光成分を分けることに主眼が置かれる。

以上の点を踏まえて、実施の形態５における固体撮像装置について説明する。
＜実施の形態５における固体撮像装置の構成＞
図１０（ａ）は、実施の形態５の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｅ−Ｅ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部５１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図１０（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部５１０は、細長い矩形状の開口部５１５が遮光膜５１４に形成されている。
＜導波管中の電磁波について＞
ここで、長辺ａおよび短辺ｂの開口部５１５を方形導波管に見た立てて、方形導波管中の電磁波について説明する。なお、方形導波管の管壁は完全導体であり、その内部には、誘電率ε、透磁率μの等方かつ均質な媒質が充填されているとする。

一般に、方形導波管の内部を伝搬する電磁波は、ＴＥ波（Transverse Electric Wave）またはＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）となることが知られている。
ここで、ＴＥ波（またはＨ波とも呼称する）とは、伝搬方向の電界がゼロである電磁波を指し、ＴＭ波（またはＥ波とも呼称する）とは、伝搬方向の磁界がゼロである電磁波を指す。

以下、ＴＥ波およびＴＭ波について個別に説明する。なお、導波管の長辺ａに沿う方向をｘ方向、短辺ｂに沿う方向をｙ方向、ＴＥ波またはＴＭ波が導波管の内部を伝搬する方向をｚ方向として、各方向の電磁界の成分をＥ_x，Ｅ_y，Ｅ_z，Ｈ_x，Ｈ_y，Ｈ_zと記す。また、角周波数をωとし、ｚ方向の波数をγとする。
＜ＴＥ波の場合＞
先ず、導波管の内部を伝搬する電磁波がＴＥ波である場合には、ｚ方向の磁界Ｈ_zは、以下の式（９）で示される波動方程式を満たす。

さらに、完全導体壁面では電界の接線成分がゼロである境界条件を示す式（１０）のもとで式（９）を解いて求められた式（１１）（Ｈ_z）から、導波管の断面内の電磁界は、式（１２）で示される。なお、ｍ，ｎは、同時にゼロにならない非負の整数である。

以下、ＴＥ波に属する固有モードをＴＥモードあるいはＨモードと呼称し、ｍ，ｎに対応する固有モードをＴＥ_mnモードあるいはＨ_mnモードと呼称する。
ここで、固有モードとは、Ｅ_x，Ｅ_y，Ｅ_z，Ｈ_x，Ｈ_y，Ｈ_zの組を指す。なお、固有モードに対するｋ_cを固有値（または遮断定数）と呼称する。
＜ＴＭ波の場合＞
次に、導波管の内部を伝搬する電磁波がＴＭ波である場合には、ｚ方向の電界Ｅ_zは、以下の式（１３）で示される波動方程式を満たす。

さらに、完全導体表面における電界がゼロである境界条件を示す式（１４）のもとで式（１３）を解いて求められた式（１５）（Ｅ_z）から、導波管の断面内の電磁界は、式（１６）で示される。なお、ｍ，ｎは、正の整数である。

以下、ＴＭ波に属する固有モードをＴＭモードあるいはＥモードと呼称し、ｍ，ｎに対応する固有モードをＴＭ_mnモードあるいはＥ_mnモードと呼称する。
＜導波管の伝送特性＞
続いて、導波管の伝送特性について説明する。
方形導波管においてＴＥ_mnモードおよびＴＭ_mnモードの遮断波長λ_c(mn)は、以下の式（１７）で示される。そして、式（１７）で示される様に、固有モードごとに特定される遮断波長λ_c(mn)以下の光であれば、開口部５１５を通過し得る。これから、開口部５１５は、多重モード導波管とみなされる。

ここで、多重モード導波管とは、複数の固有モードが伝搬可能な領域で用いられる導波管を指す。

しかしながら、高次モードの光が開口部５１５を通過しても、受光素子が感度を有する波長範囲における最短波長（２７０ｎｍ）未満の光であるならば、受光素子で受光されないことにより、開口部５１５を通過しなかったことと等価である。
ここで、高次モードとは、遮断波長が最も長くなる固有モード（以下、基本モードと呼称する）以外の固有モードを指す。

また、式（１７）において、ｍ，ｎはＴＥモードに対しては同時にゼロにならない正の整数であり、ＴＭモードに対してはともに正の整数である。さらに、長辺ａと短辺ｂとの間でａ＞ｂの関係を満たすことにより、式（１８）で示されるように、ＴＥ１０が基本モードになる。そして、式（１８）で示される様に、基本モードで導波管の中を伝搬する光（電磁波）は、ある一方向の成分に限られることが示される。

そこで、式（１７）において、開口部５１５を通過し得る第１高次モードの光の波長を最短波長未満とするように短辺ｂを設定すれば、基本モードの光のみが受光素子で受光されることにより、開口部５１５は、単一モード導波管とみなし得る。さらに、入射光の偏光成分を分け得る。
例えば、高次モードの遮断波長λ_c(mn)および基本モードの遮断波長λ_c(10)との間に、係数αを用いて以下の式（１９）で示される関係式が成り立つとする。また、基本モードの遮断波長λ_c(10)は、方形導波管の長辺ａを用いると、以下の式（２０）で示される。そして、式（１９）−式（２０）を式（１７）に代入すると、方形導波管の短辺ｂと長辺ａとの間に、以下の式（２１）で示される関係式が導出される。

例えば、外部から絶縁膜１６を介して赤外線（７８０ｎｍ）未満の光が開口部５１５に入射し通過する場合には、屈折率（Ｎ_r＝１．４６）を考慮して、λ_c(10)を７８０ｎｍとし、λ_c(11)を３９０ｎｍとして、式（１９），（２０）にそれぞれを代入すると、開口部５１５の長辺ａが約２６７．１２ｎｍに対して、短辺ｂが約１５４．２２ｎｍ未満であるならば、３９０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満の領域に対して開口部５１５が単一モード導波管として機能することが示される。また、赤色光の波長（６１０ｎｍ）未満の光が開口部５１５に入射し通過する場合には、開口部５１５の長辺ａが約２０８．９０ｎｍに対して、短辺ｂが約１７３．７０ｎｍ未満であるならば、３９０ｎｍ以上６１０ｎｍ未満の領域に対して開口部５１５が単一モード導波管として機能することが示される。同様に、緑色光の波長（５４０ｎｍ）未満の光が開口部５１５に入射し通過する場合には、開口部５１５の長辺ａが約１８４．９３ｎｍに対して、短辺ｂが約１８４．９３ｎｍ未満であるならば、３９０ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の領域に対して開口部５１５が単一モード導波管として機能することが示される。さらに、青色光の波長（４５０ｎｍ）未満の光が開口部５１５に入射し通過する場合には、開口部５１５の長辺ａが約１５４．１１ｎｍに対して、短辺ｂが約１５４．１１ｎｍ未満であるならば、３９０ｎｍ以上４５０ｎｍ未満の領域に対して開口部５１５が単一モード導波管として機能することが示される。

＜実施の形態５のまとめ＞
以上のように、開口部を細長い矩形状にすることによって、長辺の寸法に応じた電界を持つ光の偏光成分が受光素子１２に集められる。これは、一般に、開口部の長辺方向に電界を持つ光は、短辺方向に電界を持つ光よりもが通過し易いからである。これにより、開口部の短辺の寸法によって、入射する光の偏光成分を分けることができ、光の乱反射による擬似信号の防止や、所望の偏光された光のみが受光素子１２で受光され、色信号の混色防止や偏光精度が高められ、高画質化が実現され得る。

＜実施の形態５におけるその他＞
なお、開口部５１５の長辺の寸法は、赤外線遮断寸法、赤色光遮断寸法、緑色光遮断寸法のいずれか１種類としてもよい。また、１種類の開口部の代わりに、長辺の寸法がそれぞれ異なる３種類の開口部を、それぞれの画素部に配置するとしてもよい。これにより、光電変換部５１０は、偏光の選択性が改善され、かつ実施の形態２において説明した光電変換部２１０の様に、３種類（三原色）の色信号が生成される。

なお、長辺の方向がそれぞれ異なる２種類の開口部が遮光膜５１４に形成され、形成された２種類の開口部がそれぞれの受光素子１２の上方に配置されるとしてもよい。これにより、それらの受光素子１２で偏光成分の異なる光が受光され得る。
なお、実施の形態３において説明した光電変換部３１０の様に、一つの受光素子に対して、開口部が複数形成されているとしてもよい。

また、実施の形態４において説明した光電変換部４１０の様に、２種類の開口部が複数形成されるとしてもよい。この際に、短辺が同一であるとしてもよいし、異なるとしてもよい。

＜実施の形態６＞
以下、本発明の実施の形態６について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜実施の形態６の概要＞
実施の形態２においては、各色のカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂを透過した光のうち、それぞれの色を再現する際に不要とされる光を、それぞれの遮断寸法が異なる３種類の開口部で遮断することに主眼が置かれていた。実施の形態６においては、各色のカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂが省かれて、その代わりに、遮断寸法がそれぞれ異なる３種類の開口部を通過した光から光電変換された電気信号に信号処理を施して、それぞれの色を再現する際に必要とされるＲＧＢ形式の信号を生成することに主眼が置かれる。

以上の点を踏まえて、実施の形態６における固体撮像装置について説明する。
＜実施の形態６における固体撮像装置＞
図１１は、実施の形態６における固体撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。
同図にみられるように、固体撮像装置６０１は、光電変換部６１０、信号増幅部６２０、Ａ／Ｄ変換部６３０、信号処理部６４０とから構成される。

光電変換部６１０は、実施の形態２で示された光電変換部２１０からカラーフィルタが省かれたものであり、遮断寸法がそれぞれ異なる開口部を通過した光から光電変換された電気信号を、開口部の遮断寸法ごとに分けて、信号増幅部６２０に出力する。
図１２（ａ）は、実施の形態６の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｆ−Ｆ'を矢印方向に向かって見た断面図である。

なお、図中では、簡略化して、光電変換部６１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。
図１２（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部６１０は、光電変換部２１０と比べて、絶縁膜１６を挟んで、遮断寸法がそれぞれ異なる開口部２１５ｒ，２１５ｇ，２１５ｂの上方に設けられるカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂが省かれている点が異なる。なお、絶縁膜１６も、省かれるとしてもよい。

以下、赤外線遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子によって光電変換されて生成された電気信号をＬ_ICとし、赤色光遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子によって光電変換されて生成された電気信号をＬ_RCとし、緑色光遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子によって光電変換されて生成された電気信号をＬ_GCとする。そして、光電変換部６１０から信号増幅部６２０に出力される各信号を、Ｌ_IC，Ｌ_RC，Ｌ_GCで表記する。

信号増幅部６２０は、信号を増幅する増幅器であり、光電変換部６１０から出力された信号（Ｌ_IC，Ｌ_RC，Ｌ_GC）を増幅してＡ／Ｄ変換部６３０に出力する。
以下、Ｌ_ICを増幅した信号をＡＬ_ICとし、Ｌ_RCを増幅した信号をＡＬ_RCとし、Ｌ_GCを増幅した信号をＡＬ_GCとする。そして、信号増幅部６２０からＡ／Ｄ変換部６３０に出力される各信号をＡＬ_IC，ＡＬ_RC，ＡＬ_GCで表記する。

Ａ／Ｄ変換部６３０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、信号増幅部６２０から出力された信号（ＡＬ_IC，ＡＬ_RC，ＡＬ_GC）をデジタル信号に変換して信号処理部６４０に出力する。
以下、ＡＬ_ICから変換されたデジタル信号をＤＬ_ICとし，ＡＬ_RCから変換されたデジタル信号をＤＬ_RCとし，ＡＬ_GCから変換されたデジタル信号をＤＬ_GCとする。そして、Ａ／Ｄ変換部６３０から信号処理部６４０に出力される各信号をＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GCで表記する。

信号処理部６４０は、デジタル信号を処理するＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、Ａ／Ｄ変換部６３０から出力されたデジタル信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）をＲＧＢ表色系で示される赤色信号、緑色信号、青色信号に変換して出力する。
以下、ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GCから、差分処理、補正処理などを施して変換されるＲＧＢ表色系で示される赤色信号をＲとし、緑色信号をＧとし、青色信号をＢとする。そして、信号処理部６４０から出力される各信号をＲ，Ｇ，Ｂで表記する。

＜信号処理部の詳細な構成＞
さらに、信号処理部６４０は、差分行列保持部６４１、色信号生成部６４２、補正行列保持部６４３、及び色信号補正部６４４とから構成される。
差分行列保持部６４１は、差分係数から構成される行列（以下、差分行列と呼称する）が保持されている。

ここで、差分係数とは、各信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）に対して差分が取られて色信号が生成されることが示される係数を指す。
色信号生成部６４２は、差分行列に基づく行列演算を施して、信号処理部６４０に入力された信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）を、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に変換する。

補正行列保持部６４３は、補正係数から構成される行列（以下、補正行列と呼称する）が保持されている。
ここで、補正係数とは、各色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対して色補正が施されることが示される係数を指す。
色信号補正部６４４は、補正行列に基づく行列演算を施して、色信号生成部６４２で変換された色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を理想とされる色信号に補正する。なお、具体的には、カラーテレビやカラー写真などで用いられている色補正であり、詳細な説明は省略する。

以上、ＲＧＢ表色系の色信号の種類をＭとし、信号処理部６４０に入力される信号の種類をＮとすると、差分行列は、Ｍ×Ｎ行列で示され、補正行列は、Ｍ×Ｍ行列で示される。
＜差分行列の例＞
ここで、差分行列の構成例について説明する。なお、説明するにあたり、以下の条件１〜条件５を満たすものとする。

（条件１）受光素子で受光される光は、特定の波長に規格化された光とする。
（条件２）その波長および光量は、受光素子の上方に設けられた開口部の寸法に応じて異なる。
（条件３）規格化された光は、赤色光、緑色光、青色光を加法混色して得られるとする。

（条件４）受光素子で光電変換される電気信号は、規格化された光の波長および受光量とから特定されるとする。
（条件５）紫外線は、固体撮像装置の封止ガラスなどによって減衰され、ほとんど受光されないとする。
また、色信号生成部６４２において、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）からなる列ベクトルは、以下の式（２２）で示されるように、信号処理部６４０に入力された信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）からなる列ベクトルに、差分行列保持部６４１で保持されている差分行列［Ｄ］を掛けて得られる。

以上、前述の条件１〜条件５に基づくと、信号処理部６４０に入力された信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）からなる列ベクトルは、以下の式（２３）で示されるように、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）からなる列ベクトルに、重み行列［Ｗ］を掛けて表される。なお、重み行列［Ｗ］のそれぞれの要素は、０以上１以下の正の値とする。

ここで、赤外線遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子で光電変換されて生成される電気信号には、赤外線の寄与がないとする。同様に、赤色光遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子で光電変換されて生成される電気信号には、赤色光の寄与がないとする。また、緑色光遮断寸法の開口部が上方に設けられた受光素子で光電変換されて生成される電気信号には、緑色光の寄与がないとする。そして、寄与がない光に対しては重みもないものとすると、Ｗ₂₁，Ｗ₃₁，Ｗ₃₂が０になる。

そして、以上の式（２３）を、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）からなる列ベクトルについて解くと、以下の式（２４）で示される差分行列［Ｄ］が得られる。

ここで、以上の式（２４）から、Ｄ₁₁，Ｄ₂₂，Ｄ₃₃は、正の値であることが示され、Ｄ₁₂，Ｄ₂₃は、負の値であることが示される。また、Ｄ₂₁，Ｄ₃₁，Ｄ₃₂は０の値であることが示されている。
また、図６または図９などで示された理想に近い分光特性が得られる場合には、即ち、Ｗ₁₃およびＷ₂₃の重みが非常に小さくなり、Ｄ₁₃はほぼ０の値になる。そして、この場合には、信号処理部６４０に入力される信号（ＤＬ_IC，ＤＬ_RC，ＤＬ_GC）に対して、２つの信号間の差分を取るだけで、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が生成され得る。

図１３は、理想とする分光特性から大きくズレた場合の分光特性を示すグラフである。
同図にみられるように、赤外線遮断寸法の開口部を通過し得る光の分光特性が分光特性曲線６５１ｒで示され、赤色光遮断寸法の開口部を通過し得る光の分光特性が分光特性曲線６５１ｇで示され、緑色光遮断寸法の開口部を通過し得る光の分光特性が分光特性曲線６５１ｂで示されている。

そして、分光特性曲線６５１ｒ，６５１ｇ，６５１ｂは、実施の形態２または実施の形態４において示された分光特性曲線から分光感度が大きくズレていることが示されている。
しかしながら、実際には、分光特性曲線６５１ｒ，６５１ｇ，６５１ｂに示されるように、理想に近い分光特性から大きくズレる場合には、即ち、Ｗ₁₃およびＷ₂₃の重みが無視出来なくなり、Ｄ₁₃は０の値になるとは限らない。そして、この場合には、２つの信号間の差分をとるだけでは、ＲＧＢ表色系で示される色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が生成され難く、他の信号からの寄与も含める必要がある。

以上、差分行列は、開口部の形状および寸法、受光素子が有する感度などによって特定される係数から構成される。そして、ｉ＝１，２，３，・・・として、主に、差分行列の（ｉ，ｉ）成分は正の値で示され、（ｉ，ｉ＋１）成分は負の値で示される。
＜実施の形態６のまとめ＞
以上のように、遮断寸法がそれぞれ異なる開口部が上方に設けられた受光素子から、遮断寸法に応じた信号が出力されて、受光素子から出力された信号を信号処理部６４０で差分処理を施すことで、カラーフィルタが省かれた固体撮像装置６０１においても色信号を生成し得る。

尚、本実施の形態の光電変換部６１０は、実施の形態３で示された光電変換部３１０からカラーフィルタが省かれたものでもよく、また、実施の形態４で示された光電変換部４１０からカラーフィルタが省かれたものでもよい。
＜実施の形態６におけるその他＞
なお、赤外線遮断寸法、赤色光遮断寸法、緑色光遮断寸法、および青色光遮断寸法の開口部を、４個で一組とする受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けて、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、及び紫外線（ＵＶ）の四色を生成するとしてもよい。その際には、以下の式（２５）に示されるように、受光素子から出力される４種類の信号に対して、信号処理部６４０で差分処理を施して色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＵＶ）を生成すればよい。なお、この場合における差分行列は、４×４行列で示される。

ここで、青色光遮断寸法とは、紫外線（３８０ｎｍ）以下の光は通過し得るが青色光の波長（４５０ｎｍ）以上の光は遮断され得るであろう遮断寸法を指す。

また、最長遮断寸法、赤外線遮断寸法、赤色光遮断寸法、及び緑色光遮断寸法の開口部を、４個で一組とする受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けて、赤外線（ＩＲ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の四色を生成するとしてもよい。その際には、以下の式（２６）に示されるように、光電変換部６１０から出力される４種類の信号に対して、信号処理部６４０で差分処理を施して色信号（ＩＲ，Ｒ，Ｇ，Ｂ）を生成すればよい。

また、最長遮断寸法、赤外線遮断寸法、赤色光遮断寸法、緑色光遮断寸法、及び青色遮断寸法の開口部を、５個で一組とする受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けて、赤外線（ＩＲ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、及び紫外線（ＵＶ）の五色を生成するとしてもよい。その際には、以下の式（２７）に示されるように、光電変換部６１０から出力される５種類の信号に対して、信号処理部６４０で差分処理を施して色信号（ＩＲ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＵＶ）を生成すればよい。

さらに、一般化して、ｎ種類の遮断寸法の開口部を、ｎ個で一組とする受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けて、ｍ色を生成すとしてもよい。その際には、以下の式（２８）に示されるように、光電変換部６１０から出力されるｎ種類の信号から、信号処理部６４０で差分処理を施して、ｍ色の色信号を生成すればよい。なお、この場合における差分行列は、ｍ×ｎ行列で示される。

なお、以下の式（２９）で示されるように、色信号生成部６４２で変換された色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を、さらに、補色系の信号（Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙ，Ｇ）に変換するとしてもよい。

なお、固体撮像装置６０１は、光電変換部６１０、信号増幅部６２０、Ａ／Ｄ変換部６３０、及び信号処理部６４０が１チップに集積された素子としてもよいし、それぞれが個別に集積された素子から構成されるとしてもよい。
なお、実施の形態３において説明した光電変換部３１０の様に、一つの受光素子に対して、開口部が複数形成されているとしてもよいし、さらに、実施の形態４において説明した光電変換部４１０の様に、２種類の開口部が複数形成されるとしてもよい。

なお、予め差分行列に補正行列を乗算した行列を差分行列保持手段６４１で保持し、色補正まで施された色信号が色信号生成部６４２で生成されるとしてもよい。そして、生成された色信号をそのまま外部に出力するとしてもよい。
＜実施の形態７＞
以下、本発明の実施の形態７について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態６と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜実施の形態７の概要＞
実施の形態６においては、各色のカラーフィルタ２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂが省かれて、その代わりに、遮断寸法がそれぞれ異なる３種類の開口部を通過した光から光電変換されて生成された電気信号に信号処理を施して、それぞれの色を再現する際に必要とされるＲＧＢ形式の信号を生成することに主眼が置かれていた。実施の形態７においては、より多くの光が開口部に取り込まれることに主眼が置かれる。

以上の点を踏まえて、実施の形態７における固体撮像装置について説明する。
＜実施の形態７における固体撮像装置の構成＞
図１４（ａ）は、実施の形態７の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｇ−Ｇ'を矢印方向に向かって見た断面図である。
なお、図中では、簡略化して、光電変換部７１０を構成する多数の画素部のうち一部（水平垂直２×２）の画素部のみが示されている。

図１３（ａ），（ｂ）にみられるように、光電変換部７１０は、遮光膜２１４の上面に、開口部２１５ｒを覆うマイクロレンズ７１９ｒと、開口部２１５ｇを覆うマイクロレンズ７１９ｇと、開口部２１５ｂを覆うマイクロレンズ７１９ｂとが形成されている。
＜実施の形態７のまとめ＞
以上のように、遮光膜２１４の上面に開口部を覆うマイクロレンズを形成することによって、遮光膜２１４上の光も開口部に集められて、より多くの光量が受光素子で受光され、高感度化が実現され得る。

＜実施の形態７におけるその他＞
なお、実施の形態３および実施の形態４において説明した光電変換部３１０および光電変換部４１０の様に、一つの受光素子に対して複数の開口部が形成される場合には、一つの受光素子にたいして形成された複数の開口部を全て覆う一つのマイクロレンズが遮光膜２１４の上面に形成されるとしてもよいし、それぞれの開口部を覆う複数のマイクロレンズが形成されるとしてもよい。

なお、マイクロレンズの大きさは、開口部の大きさに応じて異なるとしてもよいし、一律の大きさとしてもよい。
＜実施の形態８＞
以下、本発明の実施の形態８について、図を参照しながら説明する。
＜実施の形態８の概要＞
本実施の形態に係る発明は、分光装置である。

図１８は、従来から使用されている、プリズムを利用した分光装置の一構成例である。
プリズムを利用した分光装置においては、プリズム１００２の屈折率が波長により異なることから、入射光１００１がプリズム１００２を通過することで、入射光１００１を波長ごとに分けることができる。
例では、プリズム１００２を通過した光１００３が、プリズムから離れた場所に置かれた分光表示板１００４にあたる位置座標１００５によって、入射光１００１の波長を決定している。分光表示板１００４の位置座標１００５Ｒに光があたれば、入射光１００１は赤、位置座標１００Ｇならば緑、位置座標１００５Ｂならば青であるようにである。

しかし、このような分光装置は、波長を正確に特定することが難しい。というのは、分光表示板にあたる光の位置座標１００５は、入射光１０１とプリズム１００２の角度、プリズム０１１２と分光表示板１００４との距離と角度などの複数の要因によって変わることから、このような分光装置は、複数箇所の調整が必要な操作が微妙なものだからである。

従って、分光装置は、調整箇所が少ないほど簡便なものといえる。
またさらに、固体撮像装置を構成する受光素子の光電変換特性の測定においては、受光素子への入射光の周波数及び量を細かく設定することが必要となることから、分光装置は操作の簡単なものが望ましい。
本実施の形態で説明する分光装置は、従来のプリズムを利用した分光装置に比べ、調整箇所が少なく、操作の簡単な分光装置である。

＜実施の形態８における分光装置＞
図１７（ａ）は、一種類の光に分光する分光装置の一構成例である。図１７（ｂ）は、複数の光に分光する分光装置の一構成例である。
複数に分光する場合は、図１７（ａ）の分光装置を複数個設けて、１つの分光装置を作ることになる（図１７（ｂ）参照）。

入射光１００１が分光板１０１０に入射すると、分光板に設けられた開口部１０１３を所定の波長未満の波長の光が通過する。
開口部１０１３を通過した光１０３０は、分光表示板１０１２に到達する。
例えば、開口部１０１３が方形でその長辺が約２３０ｎｍである場合には、開口部を通過した光１０３０は、青色光の波長（４５０ｎｍ付近の光）以下の波長の光となる。

開口部の形状、寸法と通過する周波数との関係は、実施の形態１の説明の通りである。
尚、分光板１０１０の材料として、例えば、アルミニウム（ＡＬ）やタングステン（Ｗ）が使用される。
次に、図１７（ａ）の分光表示板の換わりに、光検出部を備えた図１７（ｂ）の分光装置、いわゆる分光測定装置について説明する。

この分光測定装置は、寸法が異なる開口部が１つの分光板に設けられており、各開口部（１０５１、１０５２，１０５３）を通過した光は、光検出器（１０６１、１０６２、１０６３）に到達し、光電変換される。
また、各開口部は、それぞれ異なる波長以下の波長の光を通過させるものとし、各開口部の分光特性は、測定してあるものとする。

分光特性を測定したい光１０４０を各開口部（１０５１、１０５２，１０５３）に入射し、各開口部を通過した光を各光検出器（１０６１、１０６２、１０６３）で検出し、その検出した各電気信号の相互関係から、光１０４０の分光特性を求める。
例えば、開口部１０５１を通過する光の波長が、青色光の波長未満であり、開口部１０５２を通過する光の波長が、緑色光の波長未満であり、開口部１０５３を通過する光の波長が、赤色光の波長未満であるとする。

この場合、開口部１０５１を通過する光の分光特性と、開口部１０５２を通過する光のうちの青色光の波長未満の光の分光特性が同じ場合には、光検出器１０６２で検出した電気信号から光検出器１０６１で検出した電気信号を差し引くことにより、緑色光の波長領域の光強度を求めることが出来る。同様に、光検出器１０６３で検出した電気信号から光検出器１０６２で検出した電気信号を差し引くことにより、赤色光の波長領域の光強度を求めることが出来る。

実際には、各開口部を通過する光のうちの一定波長以下の光の分光特性を同一にできるような開口部を作成することは、大変難しい。そこで、一定のマトリックス処理を行うことで、必要な光の光強度を求めることが可能となる。
処理の詳細は、実施の形態６の説明の通りである。
＜実施の形態８におけるその他＞
（１）本実施の形態の分光装置では、一枚の分光板に開口部を設けているが、開口部ごとに分光板を異なるものにすることとしてもよい。

分光装置が複数の分光板で構成される場合は、きめ細かな調整が出来るという利点がある。一方、分光装置が１枚の分光板で構成される場合には、分光板相互の位置調整を省略することができるという利点がある。
（２）複数の開口部を有し、複数の光に分離する分光装置には、近くの開口部を通過した光と混合しないように、光分離版１０１１を設けることも有用である。
（３）本実施の形態の分光装置では、ある周波数以下の光を通過させる開口部は１つ設けているが、同じ形態の開口部を複数個設けてもよい。

また更に、異なる形態の開口部を設けることとしてもよい。
開口部を複数設けることで、開口部を通過する光の量を大きくすることができ、分光装置または分光測定装置の光のＳＮ比を改善することができる。実施の形態３の説明の通りである。
また、異なる形態の開口部を組合わせることで、必要とする分光特性に近い光を通すことができるようになる。実施の形態４の説明の通りである。
（４）本実施の形態の分光装置では、開口部は方形であるが、他の形状であってもよい。たとえば、円、スリット等である。

本発明を適用することにより、高画質化を実現しつつ、安価な固体撮像装置、カメラ、分光装置等を提供することができる。また、このように、固体撮像装置等の低コスト化の要請を実現しながら、作成プロセスの簡略化による作成期間の短期化、および歩留まりの向上を実現することができる。

デジタルカメラで用いられる固体撮像装置の概要を示す斜視図である。 （ａ）は、実施の形態１の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ａ−Ａ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 固体撮像装置の主な材質の屈折率の一覧表を示す図である。 実施の形態１における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施の形態２の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｂ−Ｂ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 実施の形態２における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施の形態３の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｃ−Ｃ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 （ａ）は、実施の形態４の固体撮像装置における光電変換部を上面からみた上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｄ−Ｄ'を矢印方向に向かってみた断面図である。 実施の形態４における固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施の形態５の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｅ−Ｅ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 実施の形態６における固体撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。 （ａ）は、実施の形態６の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｆ−Ｆ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 理想とする分光特性から大きくズレた場合の分光特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施の形態７の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｇ−Ｇ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 （ａ）は、従来の固体撮像装置における光電変換部を上面から見た上面図であり、（ｂ）は、切断面Ｊ−Ｊ'を矢印方向に向かって見た断面図である。 受光素子の分光感度特性および人間の目の感受特性を示すグラフである。 （ａ）は、一種類の光に分光する分光装置の一構成例であり、（ｂ）は、複数の光に分光する分光装置の一構成例である。 プリズムを利用した分光装置の一構成例である。

符号の説明

１，２，３，４ 画素
１０ 光電変換部
１１ 半導体基板
１２ 受光素子
１３ 絶縁膜
１４ 遮光膜
１５ 開口部
１６ 絶縁膜
１７ｒ，１７ｇ，１７ｂ カラーフィルタ
１８ 赤外カットフィルタ
５１ 分光特性曲線
５２ 視感度曲線
１００ デジタルカメラ
１０１ 固体撮像装置
１１０ 光電変換部
１１４ 遮光膜
１１５ 開口部
１５１ 分光特性曲線
１５２ｒ，１５２ｇ，１５２ｂ 分光特性曲線
２１０ 光電変換部
２１４ 遮光膜
２１５ｒ，２１５ｇ，２１５ｂ 開口部
２１７ｒ，２１７ｇ，２１７ｂ カラーフィルタ
２５１ｒ，２５１ｇ，２５１ｂ 分光特性曲線
２５２ｒ，２５２ｇ，２５２ｂ 分光特性曲線
３１０ 光電変換部
３１４ 遮光膜
３１５ｒ，３１５ｇ，３１５ｂ 開口部
４１０ 光電変換部
４１４ 遮光膜
４１６ｒ，４１６ｇ，４１６ｂ 開口部
４１６ｒ，４１６ｇ，４１６ｂ 開口部
４５１ｒ，４５１ｇ，４５１ｂ 分光特性曲線
５１０ 光電変換部
５１４ 遮光膜
５１５ 開口部
６０１ 固体撮像装置
６１０ 光電変換部
６２０ 信号増幅部
６３０ Ａ／Ｄ変換部
６４０ 信号処理部
６４１ 差分行列保持部
６４２ 色信号生成部
６４３ 補正行列保持部
６４４ 色信号補正部
６５１ｒ，６５１ｇ，６５１ｂ 分光特性曲線
７１０ 光電変換部
７１９ｒ，７１９ｇ，７１９ｂ マイクロレンズ
１００１、１００１、１０４０ 入射光
１００２ プリズム
１０１０ 分光版
１０１１ 分離版
１０１２ 分光表示板
１０１３、１０５１、１０５２、１０５３ 開口部
１０６１、１０６１、１０６２、１０６３ 光検出部
１０３０ 通過光

Claims (15)

1. 受光した光を電気信号に変換する受光素子の上方に絶縁膜を挟んで形成された遮光膜に、当該受光素子が感度を有する波長範囲内における所定の波長以上の光は遮断され、当該所定の波長未満の光は通過するように特定された形状と寸法とを有する開口部が設けられている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 撮像される画像を構成する最小単位である画素ごとに前記受光素子が設けられ、それぞれの受光素子の上方に前記開口部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記受光素子は、前記開口部が複数設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記開口部の一部の開口部は所定の波長以上の光は遮断し、当該所定の波長未満の光を通過させ、他の開口部は当該一部の開口部とは異なる所定の波長以上の光は遮断し、当該異なる所定の波長未満の光を通過させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記開口部は、前記開口部の長手方向の寸法以下の間隔を空けて、長手方向に隣接するように設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 前記開口部は、前記開口部の長手方向の寸法以上の間隔を空けて、長手方向に隣接するように設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
7. 前記所定の波長がそれぞれ異なるＮ（Ｎは自然数）種類の開口部が、Ｎ個の受光素子のそれぞれの上方に１種類ずつ設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
8. 前記受光素子毎に、前記開口部を覆う１つのマイクロレンズが形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
9. 前記開口部毎に、前記開口部を覆うマイクロレンズが形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
10. 前記絶縁膜の膜厚は、前記遮光膜に設けられた開口部において最小となる寸法以上であり、前記受光素子により電気信号に変換すべき光の波長以下である
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
11. 前記開口部の形状が方形であるならば、当該方形の長辺に基づき前記開口部の寸法が特定され、前記開口部の形状が円形であるならば、当該円形の直径に基づき前記開口部の寸法が特定される
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
12. 前記所定の波長は、前記開口部の上面に形成された媒質内での近赤外光、赤色光、緑色光、青色光のいずれかの波長である
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
13. それぞれの受光素子の上方に設けられている開口部の形状は、細長い矩形状であり、それらの長手方向は、一方向に揃えられている
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
14. それぞれの受光素子の上方に設けられている開口部の形状は、細長い矩形状であり、それらの長手方向は、画素ごとに、第１の方向と、第１の方向と交差する第２の方向とのうちいずれか一つの方向に向いている
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
15. 受光した光を電気信号に変換する受光素子の上方に絶縁膜を挟んで形成された遮光膜に、当該受光素子が感度を有する波長範囲内における所定の波長以上の光は遮断され、当該所定の波長未満の光は通過するように特定された形状と寸法とを有する開口部が設けられ、撮像される画像を構成する最小単位である画素ごとに当該受光素子が設けられ、それぞれの受光素子の上方に当該開口部が設けられている固体撮像装置
    を備えることを特徴とするカメラ。

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