JP2011022432A - Multilayer film optical filter, solid imaging element, imaging apparatus, display device, and communication device - Google Patents

Multilayer film optical filter, solid imaging element, imaging apparatus, display device, and communication device Download PDF

Info

Publication number
JP2011022432A
JP2011022432A JP2009168415A JP2009168415A JP2011022432A JP 2011022432 A JP2011022432 A JP 2011022432A JP 2009168415 A JP2009168415 A JP 2009168415A JP 2009168415 A JP2009168415 A JP 2009168415A JP 2011022432 A JP2011022432 A JP 2011022432A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
multilayer
dielectric layer
dielectric
optical filter
multilayer film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009168415A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5332996B2 (en
Inventor
Sozo Yokokawa
創造 横川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2009168415A priority Critical patent/JP5332996B2/en
Publication of JP2011022432A publication Critical patent/JP2011022432A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5332996B2 publication Critical patent/JP5332996B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer film optical filter which is advantageous in terms of improving the transmitting efficiency while assuring condensing effect. <P>SOLUTION: The multilayer film optical filter 10 is constituted by alternately laminating a first dielectric layer 12 and a second dielectric layer 14 having different refractive indices and constituted to include a multilayer film which transmits a light having a specified wavelength selectively. In all the first dielectric layers 12 and the second dielectric layers 14, the optical film thickness of each of the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 adjacent to each other in the lamination direction is formed so as to be 1/4 of the wavelength λ of the light to be selectively transmitted. At least a portion in the thickness direction of the multilayer film, that is a direction in which the first and the second dielectric layers 12, 14 are laminated, is formed as a spherical portion 20 where each of the first and the second dielectric layers 12, 14 is formed along a spherical surface exhibiting a projected shape in the same direction in the direction in which the first and the second dielectric layers 12, 14 are laminated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多層膜光学フィルタ、固体撮像素子、撮像装置、表示装置、通信装置に関する。   The present invention relates to a multilayer optical filter, a solid-state imaging device, an imaging device, a display device, and a communication device.

デジタルスチルカメラやビデオレコーダなど、被写体を2次元固体撮像素子で撮影して画像化する撮像装置を使う機会が増えている。
現在主流の固体撮像素子としてはCCD(Charge Coupled Device)型やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子がある。
これらの撮像素子は、各々の画素が被写体からの光信号を集めて信号電荷に変換し、その電荷をデジタルデータもしくはアナログデータとして素子外部に取り出して画像化している。
これらの固体撮像素子は、一般に特定の電磁波波長に感度を有する。たとえば、シリコンをベースにした固体撮像素子は近赤外線(〜1.1μm)よりも短い波長に対して感度を有する。
可視波長と比べてエネルギーが高い電磁波であるX線の場合、1つのフォトンにより複数の電荷がカスケード的に生成されるために、シリコンベースの固体撮像素子はエネルギー分解能(波長分解能)がある。
一方で、波長が数100nm〜1.1μm程度の可視波長〜近赤外線域では、シリコンは電磁波波長に対してエネルギー分解能(波長分解能)がなく、蓄積された電荷の数からは、どの波長(どの色)の光が多く蓄積されたのかを判別することができない。
このようにCCD型固体撮像素子やCMOS型固体撮像素子は、可視波長域において、高い感度を有するものの人間の目のように色情報、例えば赤・緑・青の光を区別することは出来ない。
Opportunities to use imaging devices such as digital still cameras and video recorders that capture and image a subject with a two-dimensional solid-state imaging device are increasing.
Currently, there are CCD (Charge Coupled Device) type and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid state imaging devices as mainstream solid state imaging devices.
In these image pickup devices, each pixel collects an optical signal from a subject and converts it into a signal charge, and the charge is taken out of the device as digital data or analog data and imaged.
These solid-state imaging devices are generally sensitive to specific electromagnetic wave wavelengths. For example, a solid-state imaging device based on silicon has sensitivity to wavelengths shorter than near infrared rays (˜1.1 μm).
In the case of X-rays, which are electromagnetic waves having higher energy than visible wavelengths, a plurality of charges are generated in a cascade by one photon, so that the silicon-based solid-state imaging device has energy resolution (wavelength resolution).
On the other hand, silicon has no energy resolution (wavelength resolution) with respect to the electromagnetic wave wavelength in the visible wavelength to near-infrared region where the wavelength is several hundred nm to 1.1 μm. ) Cannot be determined whether a large amount of light has accumulated.
As described above, the CCD solid-state imaging device and the CMOS solid-state imaging device have high sensitivity in the visible wavelength range, but cannot distinguish color information such as red, green, and blue light like human eyes. .

そこで、一般的なカラー撮像デバイスでは、カラー画像を取得するために、次のような手法を採ることが多い。
(1)2次元素子の画素ごとに特定の色成分を選択的に透過するオンチップカラーフィルタを備え、2×2画素(縦横2画素)程度の隣接画素グループで複数色(波長)における光強度情報を取得して、後段のデモザイク処理によってカラー画像として復元する。
(2)ダイクロイックプリズムなどの分光素子を通して、光を波長成分に分離したうえで、複数(たとえば3枚)のモノクロセンサーで各色成分の光強度データを取得し、後段の信号処理でカラー画像化する。
Therefore, in general color imaging devices, the following method is often used in order to acquire a color image.
(1) An on-chip color filter that selectively transmits a specific color component for each pixel of a two-dimensional element is provided, and the light intensity in a plurality of colors (wavelengths) in an adjacent pixel group of about 2 × 2 pixels (vertical and horizontal two pixels). Information is acquired and restored as a color image by demosaic processing in the subsequent stage.
(2) After separating the light into wavelength components through a spectral element such as a dichroic prism, the light intensity data of each color component is acquired by a plurality of (for example, three) monochrome sensors, and color images are formed by subsequent signal processing. .

特に民生用のデジタルスチルカメラや携帯電話用カメラモジュールなどでは、(1)の方式を採ることが一般的である。
すなわち、2×2画素ユニットに対しR(赤),G(緑)、B(青)の3色の透過型色フィルタを千鳥格子状に配置し、それぞれの画素でそれぞれの色成分の光強度を検知し、デモザイク処理によりカラー画像化する手法を取ることが一般的である。
1つの撮像デバイスに対して、複数、例えばRGBの3枚の撮像素子を用いると、システムが大きく複雑になること、高価になること、などの理由から(2)の方式は放送用途の機器や比較的高価なカムコーダに用いられることが多い。
In particular, in the digital still camera for consumer use and the camera module for mobile phone, the method (1) is generally adopted.
That is, transmissive color filters of three colors R (red), G (green), and B (blue) are arranged in a staggered pattern for a 2 × 2 pixel unit, and light of each color component in each pixel. It is common to take a technique of detecting the intensity and forming a color image by demosaic processing.
When a plurality of, for example, three RGB imaging elements are used for one imaging device, the system (2) is used for broadcasting applications and the like because the system becomes large and complicated and expensive. Often used in relatively expensive camcorders.

色フィルタの組み合わせとしては、RGBの色フィルタのほかには次のようなフィルタを用いる場合もある。例えば、ホワイトフィルタ(フィルタなし)、補色系(シアン、マジェンダ、イエロー)、近赤外線フィルタ、紫外線フィルタ、あるいは可視波長域を更に細かく分類してそれぞれの波長成分を取得するフィルタなどが挙げられる。   As a combination of color filters, the following filters may be used in addition to the RGB color filters. For example, a white filter (no filter), a complementary color system (cyan, magenta, yellow), a near-infrared filter, an ultraviolet filter, or a filter that further categorizes the visible wavelength range and acquires each wavelength component can be used.

このような固体撮像素子に用いられる色フィルタでは、顔料や染料などの有機素材を用いることが多い。
しかしながら、これらの色フィルタの構成元素である炭素や水素を含む分子の結合エネルギーは紫外線エネルギーと同程度であり、高エネルギーの光を長時間照射するとカーボン結合やカーボン・水素間の結合が破壊される場合がある。
そのため、紫外線を含む太陽光に曝される屋外での長時間使用や、紫外線が特に強い環境下(例えば高地、雪原、海上など)での使用、または、高温多湿の環境に長時間さらされると次の不都合が生じることが指摘されている。すなわち、カラーフィルタの透過特性に変化が生じ、撮像画像の色再現の特性劣化が生じることである(非特許文献1参照)。
In color filters used in such solid-state imaging devices, organic materials such as pigments and dyes are often used.
However, the binding energy of molecules containing carbon and hydrogen, which are the constituent elements of these color filters, is about the same as that of ultraviolet energy, and when irradiated with high energy light for a long time, carbon bonds and bonds between carbon and hydrogen are broken. There is a case.
Therefore, when used outdoors for a long time exposed to sunlight including ultraviolet rays, when used in an environment where ultraviolet rays are particularly strong (for example, highland, snowy field, sea), or exposed to high temperature and humidity for a long time. It has been pointed out that the following inconvenience occurs. That is, a change occurs in the transmission characteristics of the color filter, resulting in deterioration of the color reproduction characteristics of the captured image (see Non-Patent Document 1).

一方、有機素材以外の素材からなるカラーフィルタには以下のようなものがある。
第1の例は無機物質の吸収係数の波長依存性を利用した薄膜フィルタである。
実施例として、アモルファスシリコン薄膜がある(特許文献1参照)。
アモルファスシリコンの可視波長域での吸収係数は長波長ほど小さくなるため、ある特定の厚さの薄膜を考えた場合、波長=0.5μmの電磁波よりも波長=0.7μmの電磁波のほうが透過しやすい。
そのため、膜厚を制御することで、長波長を優先的に透過するロングパスフィルタを容易に実現できる。
アモルファスシリコンは無機素材であるため、紫外線による劣化など有機カラーフィルタの短所を克服できるが、その一方で短波長のみを透過するショートパスフィルタの実現は難しく、RGB色分離には後段の演算処理が必要になり色再現性の点で問題が残る。
On the other hand, color filters made of materials other than organic materials include the following.
The first example is a thin film filter that utilizes the wavelength dependence of the absorption coefficient of an inorganic substance.
As an example, there is an amorphous silicon thin film (see Patent Document 1).
Since the absorption coefficient in the visible wavelength region of amorphous silicon becomes smaller as the wavelength increases, when considering a thin film having a specific thickness, an electromagnetic wave having a wavelength = 0.7 μm is more easily transmitted than an electromagnetic wave having a wavelength = 0.5 μm.
Therefore, a long pass filter that preferentially transmits long wavelengths can be easily realized by controlling the film thickness.
Since amorphous silicon is an inorganic material, it can overcome the shortcomings of organic color filters, such as deterioration due to ultraviolet rays, but on the other hand, it is difficult to realize a short-pass filter that transmits only short wavelengths, and RGB color separation requires subsequent arithmetic processing. It becomes necessary and the problem remains in terms of color reproducibility.

第2の例はフォトニック結晶を使った多層膜光学フィルタ(フォトニックフィルタ)である(特許文献2、3参照)。
多層膜光学フィルタは、異なる屈折率を持つ光学素材を周期的に積層することで構成されるものである。そして、それら周期的に積層された光学素材の間隔を調整することで特定波長の電磁波に対して選択的に多重反射を起こし、任意の波長・帯域幅の電磁波を取り出すことができる。
したがって、多層膜光学フィルタは、物理的なサイズを調整することによって任意の波長を取り出せる点で非常に優れた光学素子であると言える。
この場合、積層された異なる屈折率を持つ光学素材のそれぞれの膜厚は、透過させたい波長のλ/4n(nは光学素材の屈折率)とする必要がある。言い換えると、積層された異なる屈折率を持つ光学素材のそれぞれの光学膜厚を、透過させたい波長のλ/4とする必要がある。
ここで、光学膜厚とは、光学素材の屈折率nと、光学素材の物理的な膜厚dとの積ndで示される値である。
The second example is a multilayer optical filter (photonic filter) using a photonic crystal (see Patent Documents 2 and 3).
The multilayer optical filter is configured by periodically laminating optical materials having different refractive indexes. Then, by adjusting the interval between the periodically laminated optical materials, multiple reflection can be selectively generated with respect to the electromagnetic wave having a specific wavelength, and the electromagnetic wave having an arbitrary wavelength and bandwidth can be taken out.
Therefore, it can be said that the multilayer optical filter is an excellent optical element in that an arbitrary wavelength can be extracted by adjusting the physical size.
In this case, the thickness of each of the laminated optical materials having different refractive indexes needs to be λ / 4n (n is the refractive index of the optical material) of the wavelength to be transmitted. In other words, it is necessary to set the optical film thickness of the laminated optical materials having different refractive indexes to λ / 4 of the wavelength to be transmitted.
Here, the optical film thickness is a value indicated by the product nd of the refractive index n of the optical material and the physical film thickness d of the optical material.

多層膜光学フィルタは設計自由度が高く化学的にも安定した構造であるため、有機フィルタに比べて優れた特性を有する。
しかしながら問題もある。多層膜光学フィルタは、固体撮像素子が構成する2次元平面に対して平行な平面に沿って多層膜を積層する。
一方で、固体撮像素子の多くは、集光効率を改善するために、各々の画素にはオンチップマイクロ凸レンズ(特許文献4参照)、またはサブ波長構造体からなる集光素子(オンチップレンズ)を具備した構造を取る(特許文献5、6参照)。
The multilayer optical filter has a high degree of freedom in design and a chemically stable structure, and thus has superior characteristics as compared with an organic filter.
However, there are problems. The multilayer optical filter laminates multilayer films along a plane parallel to a two-dimensional plane formed by the solid-state imaging device.
On the other hand, in many solid-state imaging devices, in order to improve the light collection efficiency, each pixel has an on-chip micro convex lens (refer to Patent Document 4) or a light collecting device (on-chip lens) made of a subwavelength structure. (See Patent Documents 5 and 6).

特再WO06/028128Tokushui WO06 / 028128 特再WO05/013369Special reproduction WO05 / 013369 特開2007-103401号公報JP 2007-103401 A 特許第02600250号Patent No. 02600250 特許第3547665号Patent No. 3547665 特開2006-351972号公報JP 2006-351972

IEEE Electron Device Letters, Vol.27, No.6, June 2006, p457-459IEEE Electron Device Letters, Vol.27, No.6, June 2006, p457-459

上記従来の多層膜光学フィルタにおいては、オンチップレンズによる集光が問題になる。
つまり、オンチップレンズに入射した光は、レンズにより各々の画素中央部に集光される。つまり、垂直入射の光を考えたとき、オンチップレンズの中心近傍には垂直に光が入射する一方で、各レンズ周辺領域の光は画素中央部に対して傾いた波面を持つことになる。
そのため斜入射光からみると、多層膜の間隔が厳密に光学素材のλ/4nの膜厚とならず、λ/4nよりも大きな値となる。
その結果、光は効率よく干渉できず、結果として多層膜光学フィルタの透過効率が低くなってしまう不利がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、集光効果を確保しつつ、透過効率の向上を図る上で有利な多層膜光学フィルタを提供することにある。
また、本発明の目的は、そのような多層膜光学フィルタを用いた信号表示装置、情報通信装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、そのような多層膜光学フィルタを用いた固体撮像素子およびそのような固体撮像装置を用いた撮像装置を提供することにある。
In the above-described conventional multilayer optical filter, light collection by an on-chip lens becomes a problem.
That is, the light that has entered the on-chip lens is collected by the lens at the center of each pixel. In other words, when considering vertically incident light, light is incident perpendicularly to the vicinity of the center of the on-chip lens, while the light in each lens peripheral region has a wavefront inclined with respect to the center of the pixel.
Therefore, when viewed from obliquely incident light, the interval between the multilayer films is not strictly the film thickness of λ / 4n of the optical material, but becomes a value larger than λ / 4n.
As a result, light cannot interfere efficiently, and as a result, there is a disadvantage that the transmission efficiency of the multilayer optical filter is lowered.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a multilayer optical filter that is advantageous in improving the transmission efficiency while ensuring the light collecting effect.
Another object of the present invention is to provide a signal display device and an information communication device using such a multilayer optical filter.
Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device using such a multilayer optical filter and an imaging device using such a solid-state imaging device.

本発明の多層膜光学フィルタは、屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
また本発明の固体撮像素子は、多層膜光学フィルタと、前記多層膜光学フィルタを透過した光を光電変換する光電変換部とを備え、前記多層膜光学フィルタは、屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
また本発明の撮像装置は、固体撮像素子を有する撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像素子は、多層膜光学フィルタと、前記多層膜光学フィルタを透過した光を光電変換する光電変換部とを備え、前記多層膜光学フィルタは、屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
また本発明の表示装置は、画素毎に輝度が変調された輝度画像を生成する輝度画像生成手段と、前記輝度画像を形成する光を画素毎に予め設定された波長毎に選択的に透過させるフィルタアレイとを備え、前記フィルタアレイは、多層膜光学フィルタによって構成され、前記多層膜光学フィルタは、屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
また本発明の通信装置は、光信号を送信する光信号送信部および光信号を受信する光信号検出部の少なくとも一方を備え、前記少なくとも一方の前記光信号送信部または前記光信号検出部は、前記光信号に含まれる光のうち特定の波長の光を選択的に透過させるフィルタを有し、前記フィルタは、多層膜光学フィルタで構成され、前記多層膜光学フィルタは、屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
The multilayer optical filter of the present invention includes a multilayer film that is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes and selectively transmits light of a specific wavelength. The optical film thickness of each of the first dielectric and the second dielectric adjacent to each other in the stacking direction is formed to be ¼ of the wavelength of the selectively transmitted light. , At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is the first dielectric layer and the second dielectric layer, respectively. Is formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction of stacking.
The solid-state imaging device of the present invention includes a multilayer optical filter and a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light transmitted through the multilayer optical filter, and the multilayer optical filter includes a first dielectric having a different refractive index. The first dielectric is formed by alternately laminating layers and second dielectric layers, includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength, and is adjacent in the direction of lamination And the second dielectric layer is formed so that the optical film thickness thereof is ¼ of the wavelength of the selectively transmitted light, and the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated. At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is a direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are projected in the same direction in the direction in which they are laminated, is a spherical surface. Shaped as a spherical part formed along It is.
The imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit having a solid-state imaging device, a control unit that controls the imaging unit, and an operation unit that operates the imaging unit, and the solid-state imaging device includes a multilayer optical filter. And a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light that has passed through the multilayer optical filter, wherein the multilayer optical filter includes first and second dielectric layers having different refractive indexes that are alternately stacked. Each optical film thickness of each of the first dielectric and the second dielectric adjacent to each other in the stacking direction is configured to include a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength. , Which is formed to be ¼ of the wavelength of the selectively transmitted light, and in the thickness direction of the multilayer film, which is a direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are stacked. At least in part, the first dielectric layer and the second dielectric layer Each conductor layer is formed as a spherical portion formed along a spherical surface which exhibits a convex in the same direction in the direction in which a stack thereof.
Further, the display device of the present invention selectively transmits a luminance image generating unit that generates a luminance image whose luminance is modulated for each pixel, and light that forms the luminance image for each wavelength that is preset for each pixel. A filter array, wherein the filter array is constituted by a multilayer optical filter, and the multilayer optical filter is formed by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes. The optical film thickness of each of the first dielectric and the second dielectric adjacent to each other in the stacking direction is configured to include a multilayer film that selectively transmits light having a specific wavelength. At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is formed to be ¼ of the wavelength of light to be transmitted and is a direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated Is the first dielectric layer Each of the fine said second dielectric layer is formed as a spherical portion formed along a spherical surface which exhibits a convex in the same direction in the direction in which a stack thereof.
The communication apparatus of the present invention includes at least one of an optical signal transmission unit that transmits an optical signal and an optical signal detection unit that receives an optical signal, and the at least one of the optical signal transmission unit or the optical signal detection unit includes: A filter that selectively transmits light having a specific wavelength in the light included in the optical signal, the filter being formed of a multilayer optical filter, and the multilayer optical filter having a refractive index different from the first The first dielectric layer and the second dielectric layer are alternately stacked, include a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength, and are adjacent to each other in the stacking direction. Each of the dielectric film and the second dielectric film is formed to have an optical film thickness that is ¼ of the wavelength of the selectively transmitted light, and the first dielectric layer, the second dielectric layer, Is the direction in which the layers are stacked At least part of the thickness direction of the layer film is formed along a spherical surface in which each of the first dielectric layer and the second dielectric layer has a convex shape in the same direction in the stacking direction. It is formed as a spherical portion.

本発明によれば、多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、第1誘電体層および第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている。
そのため、多層膜の中心付近を通過する光と、多層膜の周辺を通過する光との何れの光であっても、多層膜を透過する際の光路差が生じにくく、何れの光に対しても多層膜の間隔がほぼ光学膜厚と一致することになる。
したがって、各光が多層膜において効率よく干渉されるため、多層膜光学フィルタの集光効果を確保しつつ、透過効率を向上させる上で有利となる。
According to the present invention, at least a part of the multilayer film in the thickness direction is along a spherical surface in which each of the first dielectric layer and the second dielectric layer has a convex shape in the same direction in the stacking direction. It is formed as a spherical portion formed in this way.
Therefore, the light path difference when passing through the multilayer film hardly occurs regardless of the light passing through the vicinity of the center of the multilayer film and the light passing through the periphery of the multilayer film. In this case, the distance between the multilayer films substantially coincides with the optical film thickness.
Therefore, each light is efficiently interfered in the multilayer film, which is advantageous in improving the transmission efficiency while ensuring the light collecting effect of the multilayer film optical filter.

従来の多層膜光学フィルタの基本構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the basic structure of the conventional multilayer optical filter. (A)は有機色フィルタ202を備えた固体撮像素子の1画素の断面模式図、図2(B)は一般的な多層膜光学フィルタ205を備えた固体撮像素子の1画素の断面模式図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state imaging device provided with an organic color filter 202, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state imaging device provided with a general multilayer optical filter 205. is there. (A)は、比較例としての従来の多層膜光学フィルタを備えた固体撮像素子1画素の断面模式図、(B)は第1の実施の形態の多層膜光学フィルタを備えた固体撮像素子1画素の断面模式図である。(A) is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state imaging device provided with a conventional multilayer optical filter as a comparative example, and (B) is a solid-state imaging device 1 provided with the multilayer optical filter of the first embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram of a pixel. 多層膜光学フィルタに400nm〜700nmの可視波長の光をTEモードとして垂直に入射した際の透過特性を示す線図である。It is a diagram which shows the transmission characteristic when light with a visible wavelength of 400 nm to 700 nm is vertically incident on the multilayer optical filter as a TE mode. 多層膜光学フィルタに400nm〜700nmの可視波長の光をTMモードとして垂直に入射した際の透過特性を示す線図である。It is a diagram which shows the transmission characteristic when light with a visible wavelength of 400 nm to 700 nm is vertically incident on a multilayer optical filter as a TM mode. (A)は第1の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構造を示す断面図、図6(B)は第2の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構造を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 of 1st Embodiment, FIG.6 (B) is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 of 4th Embodiment. 第4の実施の形態の変形例における多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 in the modification of 4th Embodiment. 第5の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the multilayer optical filter 10 of 5th Embodiment. 図11は第5の実施の形態の変形例における多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 in a modification of the fifth embodiment. 第6の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the CMOS type solid-state image sensor in which the multilayer optical filter 10 in 6th Embodiment was mounted. 第7の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the CMOS type solid-state image sensor in which the multilayer optical filter 10 in 7th Embodiment was mounted. 第8の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the CMOS type solid-state image sensor in which the multilayer film optical filter 10 in 8th Embodiment was mounted. 第9の実施の形態における多層膜光学フィルタ10の断面図である。It is sectional drawing of the multilayer optical filter 10 in 9th Embodiment. 第10の実施の形態における多層膜光学フィルタ10の断面図である。It is sectional drawing of the multilayer optical filter 10 in 10th Embodiment. (A)は第6の実施の形態(図12)と同様に構成されたCMOS型固体撮像素子を示す断面図、(B)は第11の実施の形態の多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図、(C)は無機薄膜フィルタ1205(もしくは有機フィルタ1205)からなる光学フィルタ34が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。(A) is sectional drawing which shows the CMOS type solid-state image sensor comprised similarly to 6th Embodiment (FIG. 12), (B) is the multilayer optical filter 10 of 11th Embodiment mounted. FIG. 5C is a cross-sectional view of a CMOS solid-state image sensor, and FIG. 6C is a cross-sectional view of a CMOS solid-state image sensor on which an optical filter 34 composed of an inorganic thin film filter 1205 (or an organic filter 1205) is mounted. 第12の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the multilayer film optical filter 10 of 12th Embodiment. 図18における各サブ波長構造体の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of each sub wavelength structure in FIG. 第13の実施の形態における多層膜フィルタ10と偏光フィルタ50との双方を設けた2次元固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the two-dimensional solid-state image sensor which provided both the multilayer filter 10 and the polarizing filter 50 in 13th Embodiment. 図21(A)は多層膜光学フィルタ10によって透過光をR,G,Bの3つの波長帯域に分離する一般的なRGBフィルタの配列構造を示す説明図、(B)はこのRGBフィルタにおける波長と透過率との関係を示す線図である。FIG. 21A is an explanatory diagram showing a general RGB filter arrangement structure in which transmitted light is separated into three wavelength bands of R, G, and B by the multilayer optical filter 10, and FIG. 21B is a wavelength in this RGB filter. It is a diagram which shows the relationship between a transmittance | permeability. (A)は多層膜光学フィルタ10によって透過光を7つの波長帯域に分離するフィルタの配列構造を示す説明図、(B)はこのフィルタにおける波長と透過率との関係を示す線図である。(A) is explanatory drawing which shows the arrangement structure of the filter which isolate | separates transmitted light into seven wavelength bands with the multilayer optical filter 10, (B) is a diagram which shows the relationship between the wavelength and transmittance | permeability in this filter. バイアススパッタリング装置の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of a bias sputtering device. 第16の実施の形態における撮像装置400の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device 400 in 16th Embodiment. 第17の実施の形態における表示装置60を有する電子機器70の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electronic device 70 which has the display apparatus 60 in 17th Embodiment. 第18の実施の形態における通信装置90の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the communication apparatus 90 in 18th Embodiment.

(第1の実施の形態)
次に、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
説明の都合上、まず、従来の多層膜光学フィルタの基本構造について図1、図2を参照して説明した後、第1の実施の形態の多層膜光学フィルタについて説明する。
図1に示すように、符号101は上部反射器であり、符号103は下部反射器である。
光は上方から入射し下方に透過する。
符号102はスペーサ層である。
上部反射器101、下部反射器103はそれぞれ4層、計8層からなる多層膜であり、白抜き部分は低屈折率部2、斜線部分は高屈折率部4を示す。
層数は8層に限らず、6層、10層、12層など、任意の数でも構わない。
上部反射器101、下部反射器103のそれぞれに含まれる層2、4の各々の光学膜厚はこの多層膜光学フィルタを透過させようとする入射電磁波波長のλ/4であり、したがって、層2、4の各々の物理的な膜厚は、λ/4n(ただしnは媒質の屈折率)である。
この多層膜光学フィルタを透過させる光が可視波長(550nm)である場合は、各層2、4の物理的な膜厚は、137.5[nm]/nになる。
つまり、低屈折率の媒質の屈折率をn1, 高屈折率の媒質の屈折率をn2とした場合、それぞれの層2、4の物理的な膜厚は、137.5/n1 [nm], 137.5/n2[nm]になる。
また、各層2、4の物理的な膜厚をd1, d2とすると、両者には、d1・n1=d2・n2=光学膜厚の関係が成り立つ。
ここで光学膜厚とは、各層2、4(誘電体層)の膜厚dにその屈折率nを乗じた指数である。
(First embodiment)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
For convenience of explanation, first, the basic structure of a conventional multilayer optical filter will be described with reference to FIGS. 1 and 2, and then the multilayer optical filter of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, reference numeral 101 is an upper reflector, and reference numeral 103 is a lower reflector.
Light enters from above and transmits downward.
Reference numeral 102 denotes a spacer layer.
Each of the upper reflector 101 and the lower reflector 103 is a multilayer film composed of four layers, that is, a total of eight layers. The white portion indicates the low refractive index portion 2 and the shaded portion indicates the high refractive index portion 4.
The number of layers is not limited to 8 and may be any number such as 6 layers, 10 layers, and 12 layers.
The optical film thickness of each of the layers 2 and 4 included in each of the upper reflector 101 and the lower reflector 103 is λ / 4 of the incident electromagnetic wave wavelength to be transmitted through the multilayer optical filter. The physical film thickness of each of 4 is λ / 4n (where n is the refractive index of the medium).
When the light transmitted through the multilayer optical filter has a visible wavelength (550 nm), the physical film thickness of each of the layers 2 and 4 is 137.5 [nm] / n.
In other words, when the refractive index of the low refractive index medium is n1 and the refractive index of the high refractive index medium is n2, the physical film thickness of each of the layers 2 and 4 is 137.5 / n1 [nm], 137.5 / n2 [nm].
If the physical film thicknesses of the layers 2 and 4 are d1 and d2, the relationship of d1 · n1 = d2 · n2 = optical film thickness is established between them.
Here, the optical film thickness is an index obtained by multiplying the film thickness d of each of the layers 2 and 4 (dielectric layers) by the refractive index n.

一例として、低屈折率層10をSiO2とすると、可視波長域での屈折率は1.45であるので、物理的な膜厚は94.8[nm]程度が好ましい。
高屈折率層12を窒化シリコン(Si3N4)とすると、同波長域での屈折率は2.05であるので、物理的な膜厚は67.1[nm]程度が好ましい。
また、高屈折率層12を二酸化チタン(TiO2)にした場合は、同波長域での屈折率は2.5であるので、膜厚は55[nm]程度が好ましい。
これら低屈折率の媒質と高屈折率の媒質との屈折率の比率が大きいほど、多層膜光学フィルタの反射・透過特性や帯域幅が広くなるため、両媒質の屈折率差は大きいほど好ましい。
符号102はスペーサ層であり、この層の厚さを調整することで、透過波長を調整することができる。スペーサ層102を構成する媒質は低屈折率の媒質と同じ、もしくは高屈折率の媒質と同じ、もしくは両媒質と異なる屈折率を有する第3の媒質でも構わない。
As an example, when the low refractive index layer 10 is made of SiO 2 , the refractive index in the visible wavelength region is 1.45, so the physical film thickness is preferably about 94.8 [nm].
If the high refractive index layer 12 is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), the refractive index in the same wavelength region is 2.05, so the physical film thickness is preferably about 67.1 [nm].
Further, when the high refractive index layer 12 is made of titanium dioxide (TiO 2 ), the refractive index in the same wavelength region is 2.5, so the film thickness is preferably about 55 [nm].
The larger the ratio of the refractive index between the low refractive index medium and the high refractive index medium, the wider the reflection / transmission characteristics and bandwidth of the multilayer optical filter.
Reference numeral 102 denotes a spacer layer, and the transmission wavelength can be adjusted by adjusting the thickness of this layer. The medium constituting the spacer layer 102 may be a third medium having the same refractive index as the low refractive index medium, the same as the high refractive index medium, or a refractive index different from both media.

図2は、固体撮像素子の1画素の断面模式図である。
図2(A)は有機色フィルタ202を備えた画素であり、図2(B)は一般的な多層膜光学フィルタ205を備えた画素である。
符号201,204はオンチップ凸レンズであり、フォトセンサー203,208に効率よく光を集めるための代表的な集光素子である。
符号202は有機素材からなるカラーフィルタであり、たとえばR,G,Bそれぞれの光を透過し、それ以外の光を吸収するナノサイズの顔料を含んだ層であることが一般的である。
符号205は多層膜光学フィルタである。
多層膜光学フィルタ205は斜線で示す高屈折率部分と白ぬきで示す低屈折率部分の周期構造206を1セットとし、それらを積層した構造体である。
ここで、周期構造206の1周期を構成するそれぞれの光学膜厚は入射電磁波波長λの1/4の膜厚であり、つまり1周期は光学膜厚で半波長に相当する。
多層膜光学フィルタ205は、上部反射器と下部反射器とで構成され、両者の間にはスペーサ層207が挿入され、スペーサ層207の厚さを変化させることで、所望の電磁波を透過させ、それ以外の波長を透過させないバンドパスフィルタを実現する。
多層膜光学フィルタ205は透過させたい電磁波帯で透明であれば任意の素材で良く、無機素材で容易に実現可能であるため、紫外線等の外的ストレスに強く化学的に安定した多層膜光学フィルタを実現できる点で優れている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one pixel of the solid-state imaging device.
FIG. 2A shows a pixel provided with an organic color filter 202, and FIG. 2B shows a pixel provided with a general multilayer optical filter 205.
Reference numerals 201 and 204 denote on-chip convex lenses, which are typical condensing elements for efficiently collecting light on the photosensors 203 and 208.
Reference numeral 202 denotes a color filter made of an organic material, which is generally a layer containing a nanosize pigment that transmits R, G, B light and absorbs other light, for example.
Reference numeral 205 denotes a multilayer optical filter.
The multilayer optical filter 205 is a structure in which a set of periodic structures 206 of a high refractive index portion indicated by oblique lines and a low refractive index portion indicated by whitening are set as one set.
Here, each optical film thickness constituting one period of the periodic structure 206 is 1/4 of the incident electromagnetic wave wavelength λ, that is, one period corresponds to a half wavelength in the optical film thickness.
The multilayer optical filter 205 is composed of an upper reflector and a lower reflector, a spacer layer 207 is inserted between them, and by changing the thickness of the spacer layer 207, a desired electromagnetic wave is transmitted, A bandpass filter that does not transmit other wavelengths is realized.
The multilayer optical filter 205 may be made of any material as long as it is transparent in the electromagnetic wave band to be transmitted, and can be easily realized with an inorganic material. Therefore, the multilayer optical filter is resistant to external stress such as ultraviolet rays and is chemically stable. Is superior in that it can be realized.

図3(A)は、比較例としての従来の多層膜光学フィルタを備えた固体撮像素子1画素の断面模式図である。
図3(A)は入射した光A,B,Cがオンチップ集光素子6によって収束される様子を模式的に示している。なお、符号8は固体撮像素子を示す。
多層膜は低屈折率層2と高屈折率層4とがλ/4の光学膜厚に相当する間隔で積層された構造であり、その間隔と多層膜間のスペーサ層207の光学的厚さにより透過する波長が決まる。
図3(A)に示すように、多層膜のそれぞれの層2、4の物理的な膜厚を厳密にλ/4n(nは媒質の屈折率)に作り込んだとしても次の不利がある。
すなわち、オンチップ凸レンズ6の中心近傍を通過する光Aと周辺を通過する光B,Cとでは、光B,Cの光路が斜め入射になる分だけ、光Aと光B,Cとでは、光路差が生じてしまう。
そのため、光Aに対しては多層膜の間隔がほぼ光学膜厚と一致するものの、光B,Cに対しては多層膜の間隔が光学膜厚からずれることになる。
その結果、光A,B,Cが多層膜において効率よく干渉せず、多層膜光学フィルタの透過効率を確保する上で不利がある。
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state image sensor provided with a conventional multilayer optical filter as a comparative example.
FIG. 3A schematically shows how incident light A, B, and C are converged by the on-chip condensing element 6. Reference numeral 8 denotes a solid-state image sensor.
The multilayer film has a structure in which the low refractive index layer 2 and the high refractive index layer 4 are laminated at an interval corresponding to the optical film thickness of λ / 4, and the optical thickness of the spacer layer 207 between the multilayer films. Determines the wavelength to be transmitted.
As shown in FIG. 3A, even when the physical film thickness of each of the layers 2 and 4 of the multilayer film is strictly set to λ / 4n (n is the refractive index of the medium), there are the following disadvantages. .
That is, in the light A that passes through the vicinity of the center of the on-chip convex lens 6 and the light B and C that pass through the periphery, the light A and the light B and C are equivalent to the light paths of the light B and C that are obliquely incident. An optical path difference will occur.
Therefore, for the light A, the distance between the multilayer films substantially matches the optical film thickness, but for the lights B and C, the distance between the multilayer films deviates from the optical film thickness.
As a result, the lights A, B, and C do not interfere efficiently in the multilayer film, which is disadvantageous in ensuring the transmission efficiency of the multilayer optical filter.

図3(B)は第1の実施の形態の多層膜光学フィルタを備えた固体撮像素子1画素の断面模式図である。
図3(B)に示すように、本発明に係る多層膜光学フィルタ10は、固体撮像素子8の光入射面側に設けられている。
すなわち、固体撮像素子8は、多層膜光学フィルタ10と、この多層膜光学フィルタ10を透過した光を光電変換する図示しない光電変換部とを備えている。
多層膜光学フィルタ10は、屈折率が異なる第1誘電体層12と第2誘電体層14とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成されている。
全ての第1誘電体層12と第2誘電体層14は、積層される方向で隣り合う第1誘電体12および第2誘電体14のそれぞれの光学膜厚が、選択的に透過させる光の波長λの1/4となるように形成されている。
すなわち、第1誘電体12の光学膜厚は、第1誘電体層10の屈折率n1と、第1誘電体層10の物理的な膜厚d1との積で示される値n1・d1である。
また、第2誘電体14の光学膜厚は、第2誘電体層12の屈折率n2と、第2誘電体層12の物理的な膜厚d2との積で示される値n2・d2である。
したがって、積層される方向で隣り合う第1誘電体12および第2誘電体14のそれぞれの光学膜厚と選択的に透過させる光の波長λとは、(1)式の条件を満たす必要がある。
n1・d1=n2・d2=λ/4 (1)
FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of one pixel of the solid-state imaging device provided with the multilayer optical filter of the first embodiment.
As shown in FIG. 3B, the multilayer optical filter 10 according to the present invention is provided on the light incident surface side of the solid-state imaging device 8.
That is, the solid-state imaging device 8 includes a multilayer optical filter 10 and a photoelectric conversion unit (not shown) that photoelectrically converts light transmitted through the multilayer optical filter 10.
The multilayer optical filter 10 is configured by alternately laminating first dielectric layers 12 and second dielectric layers 14 having different refractive indexes, and a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength. It is configured to include.
All of the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are configured so that the optical film thicknesses of the first dielectric 12 and the second dielectric 14 adjacent in the direction of lamination are selectively transmitted. It is formed to be 1/4 of the wavelength λ.
That is, the optical film thickness of the first dielectric 12 is a value n1 · d1 represented by the product of the refractive index n1 of the first dielectric layer 10 and the physical film thickness d1 of the first dielectric layer 10. .
The optical film thickness of the second dielectric 14 is a value n2 · d2 indicated by the product of the refractive index n2 of the second dielectric layer 12 and the physical film thickness d2 of the second dielectric layer 12. .
Therefore, the optical film thickness of each of the first dielectric 12 and the second dielectric 14 adjacent in the stacking direction and the wavelength λ of light to be selectively transmitted must satisfy the condition of the expression (1). .
n1 · d1 = n2 · d2 = λ / 4 (1)

第1、第2誘電体層12、14が積層される方向である多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、第1、第2誘電体層12、14のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部20として形成されている。
本実施の形態では、多層膜の厚さ方向の全てが球面状部20として形成されている。
また、本実施の形態では、球面状部20において、第1、第2誘電体層12、14が沿う球面は、同一の曲率である。
球面状部20は該球面状部20を透過する光を収束するパワー(正のパワー)を有するレンズ(凸レンズ)として機能する。
At least a part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first and second dielectric layers 12 and 14 are laminated, is formed by laminating the first and second dielectric layers 12 and 14 respectively. It is formed as a spherical portion 20 formed along a spherical surface that is convex in the same direction.
In the present embodiment, all of the multilayer film in the thickness direction is formed as the spherical portion 20.
In the present embodiment, in the spherical portion 20, the spherical surfaces along which the first and second dielectric layers 12, 14 are aligned have the same curvature.
The spherical portion 20 functions as a lens (convex lens) having a power (positive power) for converging light transmitted through the spherical portion 20.

多層膜の厚さ方向の中間部に、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層16が設けられている。
スペーサ層16を構成する誘電体は、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14と同じ誘電体材料で構成され、あるいは、第1誘電体層12および第2誘電体層14の何れのとも異なる屈折率を有する誘電体材料で構成されている。
多層膜光学フィルタ20は、スペーサ層16の光学膜厚を変化させることによって、所望の電磁波を透過させ、それ以外の波長を透過させないバンドパスフィルタとして構成される。
すなわち、スペーサ層16は、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる光学膜厚で形成されている。
第1、第2誘電体層12、14が積層される方向において、スペーサ層16よりも上部に位置する多層膜によって上部反射器が構成され、スペーサ層16よりも下部に位置する多層膜によって下部反射器が構成されている。
したがって、上部反射器と下部反射器との間にスペーサ層16が介設されていることになる。
なお、スペーサ層16は省略することもできる。
A spacer layer 16 made of a dielectric is provided in place of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 in the middle of the multilayer film in the thickness direction.
The dielectric constituting the spacer layer 16 is made of the same dielectric material as the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14, or any one of the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 is used. Both are made of a dielectric material having a different refractive index.
The multilayer optical filter 20 is configured as a band-pass filter that transmits a desired electromagnetic wave and does not transmit other wavelengths by changing the optical film thickness of the spacer layer 16.
That is, the spacer layer 16 is formed with an optical film thickness determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits.
In the direction in which the first and second dielectric layers 12 and 14 are laminated, an upper reflector is formed by a multilayer film positioned above the spacer layer 16, and a lower film is formed by the multilayer film positioned below the spacer layer 16. A reflector is configured.
Therefore, the spacer layer 16 is interposed between the upper reflector and the lower reflector.
The spacer layer 16 can be omitted.

第1、第2誘電体層12、14の材料について説明する。
第1誘電体層12と第2誘電体層14とのうち、一方の誘電体層は低屈折率の媒質で構成され、他方の誘電体層は高屈折率の媒質で構成される。
可視波長帯域における低屈折率の媒質としては、酸化シリコン(SiO2)およびSiO2を主成分とする複合素材が好適である。
そのほかにフッ化マグネシウム(MgF2)や中空構造(Air Gap)などを低屈折率の媒質として用いることができる。
次に、高屈折率の媒質としては、窒化シリコン(Si3N4), 酸化チタン(TiO2), 酸化タンタル(Ta2O5), 酸化ジルコニウム(ZrO2), 酸化ニオブ(Nb2O5), 酸化ハフニウム(HfO2)などの酸化物、窒化物が好ましい。
また、近赤外線波長域を透過させる光学素子として本発明の多層膜光学フィルタ10を用いる場合は、第1、第2誘電体層12、14の材料として、Si, Geなどの半導体材料を用いることができる。
これらの低屈折率素材と高屈折率素材を、基本構造を保ちながら交互に積層させることで、本発明の多層膜光学フィルタは容易に実現することができる。
The materials of the first and second dielectric layers 12 and 14 will be described.
Of the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14, one dielectric layer is composed of a low refractive index medium, and the other dielectric layer is composed of a high refractive index medium.
As the medium having a low refractive index in the visible wavelength band, a composite material mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ) and SiO 2 is suitable.
In addition, magnesium fluoride (MgF 2 ) or a hollow structure (Air Gap) can be used as a low refractive index medium.
Next, high refractive index media include silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium oxide (TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5). ), Oxides and nitrides such as hafnium oxide (HfO 2 ) are preferable.
When the multilayer optical filter 10 of the present invention is used as an optical element that transmits the near-infrared wavelength region, a semiconductor material such as Si or Ge is used as the material for the first and second dielectric layers 12 and 14. Can do.
The multilayer optical filter of the present invention can be easily realized by alternately laminating these low refractive index materials and high refractive index materials while maintaining the basic structure.

次に、本実施の形態の多層膜光学フィルタ10の作用効果について説明する。
図3(B)に示すように、図示しない光学系によって収束された光A′,B′,C′が多層膜光学フィルタ10に入射される。
光A′は、固体撮像素子8の画素中央部に対応する多層膜の中心付近を通過し、光B′,C′は、固体撮像素子8の画素周辺部に対応する多層膜の周辺を通過する。
本実施の形態の多層膜光学フィルタ10は、多層膜の少なくとも一部が球面状部20を有しており、したがって、多層膜が曲率を持っている。
したがって、多層膜の中心付近を通過する光A′も、多層膜の周辺を通過する光B′,C′も、多層膜が積層される方向とほぼ平行な方向で多層膜を通過することになる。
すなわち、光A′,B′,C′が、多層膜を透過する際の光路差が生じにくく、光A′,B′,C′の何れの光に対しても多層膜の間隔がほぼ光学膜厚と一致することになる。
その結果、光A′,B′,C′が多層膜において効率よく干渉されるため、多層膜光学フィルタ10の集光効果を確保しつつ、透過効率を向上させる上で有利となり、理想的な透過特性持つ多層膜光学フィルタを実現することができる。
言い換えると、多層膜に曲率を持たせることで、入射する電磁波の入射位置や入射角度に起因する光路差が縮小し、バントパスフィルタとしての特性を改善する上で有利となる。
Next, the function and effect of the multilayer optical filter 10 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 3B, light A ′, B ′, C ′ converged by an optical system (not shown) is incident on the multilayer optical filter 10.
The light A ′ passes near the center of the multilayer film corresponding to the pixel central portion of the solid-state image sensor 8, and the lights B ′ and C ′ pass through the periphery of the multilayer film corresponding to the pixel peripheral portion of the solid-state image sensor 8. To do.
In the multilayer optical filter 10 of the present embodiment, at least a part of the multilayer film has a spherical portion 20, and thus the multilayer film has a curvature.
Therefore, both the light A ′ passing near the center of the multilayer film and the lights B ′ and C ′ passing around the multilayer film pass through the multilayer film in a direction substantially parallel to the direction in which the multilayer films are laminated. Become.
That is, the optical path difference when the light A ′, B ′, C ′ is transmitted through the multilayer film hardly occurs, and the interval between the multilayer films is almost optical with respect to any of the light A ′, B ′, C ′. It will coincide with the film thickness.
As a result, the light A ′, B ′, and C ′ are efficiently interfered with each other in the multilayer film, which is advantageous in improving the transmission efficiency while ensuring the light collection effect of the multilayer film optical filter 10. A multilayer optical filter having transmission characteristics can be realized.
In other words, providing the multilayer film with a curvature reduces the optical path difference due to the incident position and angle of the incident electromagnetic wave, which is advantageous in improving the characteristics of the band pass filter.

また、図3(B)に示すように、多層膜の少なくとも一部が球面状部20を構成していることから、多層膜光学フィルタ10の形状そのものが凸レンズ形状であり集光素子としての機能も有することになる。
したがって、本実施の形態の多層膜光学フィルタ10では、図3(A)の比較例におけるオンチップ凸レンズ6を省略することができ、比較例におけるオンチップ凸レンズ6の厚さD分だけ小型化、低背化する上で有利となる。
Also, as shown in FIG. 3B, since at least a part of the multilayer film forms a spherical portion 20, the multilayer optical filter 10 itself has a convex lens shape and functions as a condensing element. Will also have.
Therefore, in the multilayer optical filter 10 of the present embodiment, the on-chip convex lens 6 in the comparative example of FIG. 3A can be omitted, and the on-chip convex lens 6 in the comparative example can be downsized by the thickness D. This is advantageous in reducing the height.

なお、多層膜光学フィルタ10の透過効率を確保する上で多層膜の曲率のばらつきは、例えば、以下に説明するような範囲とすることが好ましい。
すなわち、図3(B)において、電磁波の入射側(図中上側)の多層膜を第1層、固体撮像素子8側の多層膜を第N層とする。
n番目の多層膜に着目した場合、n番目の多層膜を球面近似した際の曲率半径をRとすると、(n+1)番目もしくは(n-1)番目の多相膜(第1、第2誘電体層12、14)の曲率半径は、0.9R〜1.1Rの範囲であることが好ましい。なお、nは1〜Nまでの間の任意の整数である。
In order to secure the transmission efficiency of the multilayer optical filter 10, the variation in the curvature of the multilayer film is preferably in the range described below, for example.
That is, in FIG. 3B, the multilayer film on the electromagnetic wave incident side (upper side in the figure) is the first layer, and the multilayer film on the solid-state imaging device 8 side is the Nth layer.
When focusing on the nth multilayer film, if the radius of curvature when the nth multilayer film is approximated to a spherical surface is R, the (n + 1) th or (n-1) th multiphase film (first, first) The radius of curvature of the two dielectric layers 12, 14) is preferably in the range of 0.9R to 1.1R. Note that n is an arbitrary integer between 1 and N.

言い換えると、本実施の形態の多層膜光学フィルタ10によれば次の効果が奏される。
多層膜に収束するパワーを有するレンズとして機能する球面状部20を設けた。
そのため、斜め入射光における層間隔(第1誘電体層12、第2誘電体層14の間隔)と、垂直入射における層間隔が、ほぼ一定になる。
したがって、画素の中央部を通る電磁波と外周部を通過する電磁波での多層膜間での光路差の差異が小さくなる。
そのため、多層膜の光学膜厚はオンチップ集光素子によって入射波面が傾いても正確にλ/4になる。
つまり入射する電磁波の干渉性が高まり、特性の良い色フィルタを実現できる。もしくは少ない膜数で、平面多層膜光学フィルタと同等の特性を得ることができる。
多層膜光学フィルタはSiO2, TiO2,Si3N4などの無機素材で実現されるので、紫外線や高温・多湿など過酷な環境下にも強い耐性を有する色フィルタを実現することができる。
また、多層膜光学フィルタに曲率を持たせ、オンチップ凸レンズと同様の集光機能を多層膜光学フィルタに実装する。
そのため、カラーフィルタと、オンチップ凸レンズをそれぞれ個別に備えた固体撮像素子と比較すると、オンチップ凸レンズが不要になる分だけ、撮像素子を低背化できる。
In other words, according to the multilayer optical filter 10 of the present embodiment, the following effects are achieved.
A spherical portion 20 that functions as a lens having power that converges on the multilayer film is provided.
Therefore, the layer interval in the oblique incident light (the interval between the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14) and the layer interval in the normal incidence are substantially constant.
Therefore, the difference in the optical path difference between the multilayer films between the electromagnetic wave passing through the central portion of the pixel and the electromagnetic wave passing through the outer peripheral portion is reduced.
Therefore, the optical film thickness of the multilayer film is accurately λ / 4 even when the incident wavefront is inclined by the on-chip condensing element.
That is, the coherence of incident electromagnetic waves is increased, and a color filter with good characteristics can be realized. Alternatively, characteristics equivalent to those of a planar multilayer optical filter can be obtained with a small number of films.
Since the multilayer optical filter is realized by inorganic materials such as SiO2, TiO2, and Si3N4, it is possible to realize a color filter having strong resistance even under severe environments such as ultraviolet rays, high temperature and high humidity.
In addition, the multilayer optical filter is provided with a curvature, and the light collecting function similar to that of the on-chip convex lens is mounted on the multilayer optical filter.
Therefore, when compared with a solid-state imaging device that includes a color filter and an on-chip convex lens individually, the height of the imaging device can be reduced to the extent that the on-chip convex lens is unnecessary.

次に、図3(B)に示す本発明の多層膜光学フィルタ10と、図3(A)に示す比較例の多層膜光学フィルタとの光透過率のシミュレーション結果について説明する。
この場合、多層膜は、8層の第1誘電体層12と8層の第2誘電体層14と、スペーサ層16とから構成されており、第1誘電体層12はSiO2で構成され、第2誘電体層14はSi3N4で構成されている。
図4は多層膜光学フィルタに400nm〜700nmの可視波長の光をTEモードとして垂直に入射した際の透過特性を示す線図である。
図5は多層膜光学フィルタに400nm〜700nmの可視波長の光をTMモードとして垂直に入射した際の透過特性を示す線図である。
図4、図5において横軸は電磁波波長を示す。
縦軸は、比較例における多層膜光学フィルタでの波長λ=550nmでの透過率を1.0として規格化した透過特性を示す。
図4、図5において、図3(B)に示す本発明の多層膜光学フィルタ10の特性を記号◆(図中Convexに対応)で示し、図3(A)に示す比較例の多層膜光学フィルタを記号□(図中Flatに対応)で示す。
図4、図5に示すように、本発明の多層膜光学フィルタ10は、透過波長である550[nm]近傍で比較例に比べて、1.5〜2.0倍程度の透過特性の向上が有り、多層膜光学フィルタ10の透過効率を向上させる上で有利となっていることがわかった。
Next, simulation results of the light transmittance of the multilayer optical filter 10 of the present invention shown in FIG. 3B and the multilayer optical filter of the comparative example shown in FIG. 3A will be described.
In this case, the multilayer film is composed of eight first dielectric layers 12, eight second dielectric layers 14, and a spacer layer 16, and the first dielectric layer 12 is composed of SiO 2. The second dielectric layer 14 is made of Si 3 N 4 .
FIG. 4 is a diagram showing transmission characteristics when light having a visible wavelength of 400 nm to 700 nm is vertically incident on the multilayer optical filter as a TE mode.
FIG. 5 is a diagram showing transmission characteristics when light having a visible wavelength of 400 nm to 700 nm is vertically incident on the multilayer optical filter as TM mode.
4 and 5, the horizontal axis represents the electromagnetic wave wavelength.
The vertical axis shows the transmission characteristics normalized by setting the transmittance at a wavelength λ = 550 nm to 1.0 in the multilayer optical filter in the comparative example.
4 and 5, the characteristic of the multilayer optical filter 10 of the present invention shown in FIG. 3B is indicated by the symbol ◆ (corresponding to Convex in the figure), and the multilayer optical of the comparative example shown in FIG. The filter is indicated by symbol □ (corresponding to Flat in the figure).
As shown in FIGS. 4 and 5, the multilayer optical filter 10 of the present invention has an improvement in transmission characteristics of about 1.5 to 2.0 times compared to the comparative example near the transmission wavelength of 550 [nm]. It turned out that it is advantageous in improving the transmission efficiency of the membrane optical filter 10.

(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態について説明する。
図6(A)は第1の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構造を示す断面図、図6(B)は第2の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構造を示す断面図である。なお、以下の実施の形態においては、第1の実施の形態と同一または対応する部分、部材には同一の符号を付して説明する。
図6(A)に示すように、第1の実施の形態では、多層膜の厚さ方向の全てが球面状部20として形成されていたが、図6(B)に示すように、第2の実施の形態では、多層膜の厚さ方向の一部が球面状部20として形成されている。
すなわち、図6(B)に示すように、球面状部20を除いた多層膜の残りの部分が、第1誘電体層12および第2誘電体層14のそれぞれが平行して積層される平面状部22として形成されている。
球面状部20と平面状部22との間にスペーサ層16が設けられている。
したがって、スペーサ層16の上部に位置する多層膜で構成された上部反射器が球面状部20を構成していることになる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
6A is a cross-sectional view showing the structure of the multilayer optical filter 10 of the first embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing the structure of the multilayer optical filter 10 of the second embodiment. is there. In the following embodiments, the same or corresponding parts and members as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
As shown in FIG. 6A, in the first embodiment, all of the multilayer film in the thickness direction is formed as the spherical portion 20, but as shown in FIG. In this embodiment, a part of the multilayer film in the thickness direction is formed as the spherical portion 20.
That is, as shown in FIG. 6B, the remaining portion of the multilayer film excluding the spherical portion 20 is a plane on which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated in parallel. It is formed as a shape portion 22.
A spacer layer 16 is provided between the spherical portion 20 and the planar portion 22.
Therefore, the upper reflector composed of the multilayer film positioned on the spacer layer 16 constitutes the spherical portion 20.

第2の実施の形態においても、球面状部20の作用によって、光が多層膜を透過する際の光路差が生じにくくなり、多層膜を透過する光から見て多層膜の間隔がほぼ光学膜厚と一致することになる。
したがって、第1の実施の形態と同様に、多層膜光学フィルタ10の集光効果を確保しつつ、透過効率を向上させる上で有利となる。
言い換えると、多層膜の一部に曲率を持たせることで、入射する電磁波の入射位置や入射角度に起因する光路差が縮小し、バントパスフィルタとしての特性を改善する上で有利となる。
また、オンチップ凸レンズ6を省略することで、比較例におけるオンチップ凸レンズ6の厚さD分だけ小型化、低背化する上で有利となることも第1の実施の形態と同様である。
Also in the second embodiment, the action of the spherical portion 20 makes it difficult for an optical path difference to occur when light passes through the multilayer film, and the distance between the multilayer films as viewed from the light transmitted through the multilayer film is almost equal to the optical film. It will match the thickness.
Therefore, as in the first embodiment, it is advantageous in improving the transmission efficiency while ensuring the light collecting effect of the multilayer optical filter 10.
In other words, giving a curvature to a part of the multilayer film is advantageous in reducing the optical path difference due to the incident position and incident angle of the incident electromagnetic wave and improving the characteristics as a band pass filter.
Also, the omission of the on-chip convex lens 6 is advantageous in reducing the size and height by the thickness D of the on-chip convex lens 6 in the comparative example, as in the first embodiment.

(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態の多層膜光学フィルタは、隣接する多層膜において透過する光の波長を互い異ならせたものである。
図7は第3の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。
なお、図7は、多層膜光学フィルタ10の一部分を抜き出した模式図であり、光電変換素子や信号配線などは省略してある。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In the multilayer optical filter of the third embodiment, the wavelengths of light transmitted through adjacent multilayer films are made different from each other.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 according to the third embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram in which a part of the multilayer optical filter 10 is extracted, and a photoelectric conversion element, a signal wiring, and the like are omitted.

図7に示すように、多層膜501、502、503が、第1誘電体層12と第2誘電体層14とが積層される方向に対して交差する方向に(直交する方向に)並べられて複数設けられている。
また、各多層膜501、502、503を構成する第1誘電体層12の数と第2誘電体層14の数は同一である。
言い換えると、球面状部20を有する多層膜501、502、503が3つの画素P1,P2,P3に対応して設けられている。
すなわち、固体撮像素子8の各画素P1,P2,P3の上部には凸レンズ形状をした多層膜が実装されている。
各多層膜501、502、503の厚さ方向の中間部に、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14に置き換えて、同一の誘電体からなるスペーサ層504、505、506がそれぞれ設けられている。
すなわち、スペーサ層16は、各多層膜501、502、503が選択的に透過させる光の特定波長で定められる光学膜厚で形成されている。
したがって、各多層膜501、502、503に設けられるスペーサ層504、505、506の厚さ(物理的な膜厚)は互いに異なっている。
As shown in FIG. 7, the multilayer films 501, 502, and 503 are arranged in a direction that intersects (orthogonally intersects) the direction in which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated. Are provided.
Further, the number of the first dielectric layers 12 and the number of the second dielectric layers 14 constituting the multilayer films 501, 502, and 503 are the same.
In other words, multilayer films 501, 502, and 503 having the spherical portion 20 are provided corresponding to the three pixels P1, P2, and P3.
That is, a multilayer film having a convex lens shape is mounted on each pixel P1, P2, P3 of the solid-state imaging device 8.
Spacer layers 504, 505, and 506 made of the same dielectric material are provided in place of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 in the intermediate portions in the thickness direction of the multilayer films 501, 502, and 503, respectively. It has been.
That is, the spacer layer 16 is formed with an optical film thickness that is determined by a specific wavelength of light that each multilayer film 501, 502, 503 selectively transmits.
Accordingly, the thicknesses (physical film thicknesses) of the spacer layers 504, 505, and 506 provided in the multilayer films 501, 502, and 503 are different from each other.

スペーサ層の媒質は、多層膜の低屈折率部分もしくは高屈折率部分を構成する媒質と共通で構わない。スペーサ層の厚さを変化させることで、透過する電磁波波長を調整し、さまざまな色フィルタを実現できる。
ここで、一例として、選択的に透過させる光が緑(G)の場合、スペーサ層の厚さ(物理的膜厚)は、λ/2n(nは媒質の屈折率)であり、スペーサ層をSiO2で構成する場合は、189.7[nm]程度が好適である。
図7において、画素P3に対応する多層膜503のスペーサ層506が緑フィルタに相当する。
選択的に透過させる光が赤(R)の場合、スペーサ層の厚さは、緑フィルタとしてのスペーサ層506の厚さよりも+30〜50[nm]程度大きい値であることが好ましい。
画素P2に対応する多層膜502のスペーサ層505が赤フィルタに相当する。
したがって、スペーサ層505をSiO2で構成する場合は、上下のSiO2層と合わせて、220〜240[nm]程度が好適である。
選択的に透過させる光が青(B)の場合、スペーサ層の厚さは、緑フィルタとしてのスペーサ層506の厚さよりも+100〜200[nm]程度大きい値であることが好ましい。
画素P1に対応する多層膜501のスペーサ層504が青フィルタに相当する。
したがって、スペーサ層504をSiO2で構成する場合は、上下のSiO2層と合わせて、290〜390[nm]程度が好適である。
以上に示すスペーサ層504、505、506の厚さは一例であり、その他の間隔でも、所望の電磁波波長で所望の透過特性が得られるのであれば、任意の間隔または任意の屈折率を有する部材を用いることができる。
The medium of the spacer layer may be the same as the medium constituting the low refractive index portion or the high refractive index portion of the multilayer film. By changing the thickness of the spacer layer, it is possible to adjust the wavelength of the electromagnetic wave to be transmitted and realize various color filters.
Here, as an example, when the selectively transmitted light is green (G), the thickness (physical film thickness) of the spacer layer is λ / 2n (n is the refractive index of the medium), and the spacer layer is When composed of SiO 2 , about 189.7 [nm] is preferable.
In FIG. 7, the spacer layer 506 of the multilayer film 503 corresponding to the pixel P3 corresponds to a green filter.
When the selectively transmitted light is red (R), it is preferable that the thickness of the spacer layer is about +30 to 50 [nm] larger than the thickness of the spacer layer 506 as a green filter.
The spacer layer 505 of the multilayer film 502 corresponding to the pixel P2 corresponds to a red filter.
Therefore, when configuring the spacer layer 505 of SiO 2, together with the upper and lower SiO 2 layer, 220 - 240 [nm] degree is preferred.
When the selectively transmitted light is blue (B), it is preferable that the thickness of the spacer layer is about +100 to 200 [nm] larger than the thickness of the spacer layer 506 as a green filter.
The spacer layer 504 of the multilayer film 501 corresponding to the pixel P1 corresponds to a blue filter.
Therefore, when configuring the spacer layer 504 of SiO 2, together with the upper and lower SiO 2 layer, 290-390 [nm] degree is preferred.
The thicknesses of the spacer layers 504, 505, and 506 described above are only examples, and members having an arbitrary interval or an arbitrary refractive index can be used as long as desired transmission characteristics can be obtained at a desired electromagnetic wave wavelength even at other intervals. Can be used.

図7に示すように、厚さが異なるスペーサ層を有する隣り合う多層膜の第1誘電体層12どうし、および、第2誘電体層14どうしは高さ位置が異なっている。
言い換えると、上部反射器では、スペーサ層の膜厚の違いにより各色の画素間で、多層膜の高さにオフセットが生じることになる。
そこで、光学膜厚が異なるスペーサ層を有する隣り合う多層膜の間にギャップ22を設ける。
そして、隣り合う多層膜の第1誘電体層12どうし、および、第2誘電体層14どうしを、ギャップ22内において直線状に接続し、あるいは、曲線状に接続するようにした。
言い換えると、画素間で誘電体層同士の間に顕著な段差部分が形成されないようにした。
これにより、隣接する第1誘電体層12の段差部分、隣接する第2誘電体層14の段差の部分で反射された光が隣の画素に侵入することを抑制できる。そのため、前記の段差部分で反射された光が隣の画素に侵入して混色を生じるといった悪影響を抑制する上で有利となる。
As shown in FIG. 7, the first dielectric layers 12 and the second dielectric layers 14 of adjacent multilayer films having spacer layers having different thicknesses are different in height position.
In other words, in the upper reflector, an offset occurs in the height of the multilayer film between the pixels of each color due to the difference in the thickness of the spacer layer.
Therefore, a gap 22 is provided between adjacent multilayer films having spacer layers having different optical film thicknesses.
The adjacent first dielectric layers 12 and the second dielectric layers 14 of the multilayer film are connected in a straight line or in a curved line in the gap 22.
In other words, no significant step portion is formed between the dielectric layers between the pixels.
Thereby, it is possible to suppress the light reflected by the stepped portion of the adjacent first dielectric layer 12 and the stepped portion of the adjacent second dielectric layer 14 from entering the adjacent pixel. Therefore, it is advantageous in suppressing the adverse effect that the light reflected by the step portion enters the adjacent pixel and causes color mixing.

また、図7に示すように、球面状部20の球面の突出方向における高さが最も大きい多層膜を除いた残りの多層膜に、球面の突出方向の先端に位置する第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14の表面に設けられ互いに高さの異なる高さ調整層24を設けた。
高さ調整層24は可視波長を透過する材料で形成されている。
そして、球面の突出方向における高さが最も大きい多層膜の表面と、多層膜の高さ調整層の表面が同一の高さに設けられるようにした。
すなわち、多層膜光学フィルタの上層にSiO2もしくはSi3N4などの可視波長を透過する材質で形成された高さ調整層24を積層し、その厚さを変化させることで、固体撮像素子全面において個々の画素の高さに顕著な段差ができないようにすることができる。
このように多層膜の表面の高さ位置を一致させることで多層膜光学フィルタ10あるいは固体撮像素子に入射される入射光のばらつきを抑制し、光の入射特性を確保する上で有利となる。
なお、各多層膜に、球面の突出方向の先端に位置する第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14の表面に設けられ互いに高さの異なる高さ調整層24を備えるようにし、各多層膜の高さ調整層24の表面が同一の高さに設けられるようにしてもよい。
また、厚さが異なるスペーサ層を有する隣接する多層膜において、多層膜の表面の高さ位置が一致するように、低い方の多層膜を構成する第1、第2誘電体層12、14の一部を省くようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, the first dielectric layer 12 positioned at the tip of the spherical projecting direction is formed on the remaining multilayer film excluding the multilayer film having the largest height in the spherical projecting direction of the spherical portion 20. Alternatively, the height adjusting layer 24 provided on the surface of the second dielectric layer 14 and having different heights is provided.
The height adjustment layer 24 is made of a material that transmits visible wavelengths.
The surface of the multilayer film having the largest height in the protruding direction of the spherical surface and the surface of the height adjustment layer of the multilayer film are provided at the same height.
That is, the entire surface of the solid-state imaging device is formed by laminating a height adjusting layer 24 formed of a material that transmits visible wavelengths such as SiO 2 or Si 3 N 4 on the upper layer of the multilayer optical filter and changing the thickness thereof. It is possible to prevent a significant difference in the height of individual pixels.
Thus, by matching the height position of the surface of the multilayer film, it is advantageous in suppressing variations in incident light incident on the multilayer optical filter 10 or the solid-state imaging device and ensuring light incident characteristics.
Each multilayer film is provided with a height adjusting layer 24 provided on the surface of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 located at the tip in the protruding direction of the spherical surface and having a different height from each other. The surface of the height adjustment layer 24 of the multilayer film may be provided at the same height.
Further, in adjacent multilayer films having spacer layers having different thicknesses, the first and second dielectric layers 12 and 14 constituting the lower multilayer film are arranged so that the height positions of the surfaces of the multilayer films coincide with each other. Some may be omitted.

第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論である。
また、各スペーサ層504、505、506の光学膜厚を異ならせることで選択的に透過する光の波長を異ならせるようにしたので、スペーサ層の材料が単一のもので済み、材料コストの低減を図る上で有利となる。
Of course, according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
Further, since the wavelength of light selectively transmitted is made different by changing the optical film thickness of each spacer layer 504, 505, 506, the material of the spacer layer can be a single material, and the material cost can be reduced. This is advantageous for reduction.

(第4の実施の形態)
次に第4の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態では、スペーサ層が、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる光学膜厚で形成されている場合について説明した。これに対して、第4の実施の形態では、スペーサ層が、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有している場合について説明する。
図8は第4の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。
図8に示すように、球面状部20を有する多層膜601、602、603が3つの画素P1,P2,P3に対応して設けられている。
言い換えると、固体撮像素子8の各画素P1,P2,P3の上部には凸レンズ形状をした多層膜が実装されている。
各多層膜601、602、603の厚さ方向の中間部に、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層604、606、606がそれぞれ設けられている。
スペーサ層604、606、606は、各多層膜601、602、603が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有している。
そして、隣接する多層膜601、602、603において、各スペーサ層604、606、606はそれらの物理的な膜厚が同一となるように形成されている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
In the third embodiment, the case where the spacer layer is formed with an optical film thickness determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits is described. In contrast, in the fourth embodiment, a case will be described in which the spacer layer has a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 8, multilayer films 601, 602, and 603 each having a spherical portion 20 are provided corresponding to the three pixels P1, P2, and P3.
In other words, a multilayer film having a convex lens shape is mounted on the top of each pixel P1, P2, P3 of the solid-state imaging device 8.
Spacer layers 604, 606, and 606 made of dielectric are provided in the middle portions of the multilayer films 601, 602, and 603 in the thickness direction in place of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14, respectively. Yes.
The spacer layers 604, 606, and 606 have a refractive index that is determined by a specific wavelength of light that each multilayer film 601, 602, and 603 selectively transmits.
In the adjacent multilayer films 601, 602, and 603, the spacer layers 604, 606, and 606 are formed so as to have the same physical film thickness.

ここで、一例として、選択的に透過させる光が緑(G)の場合、スペーサ層の厚さ(物理的膜厚)はλ/2n(nは媒質の屈折率)であり、スペーサ層をSiO2(屈折率n=1.45)で構成する場合、スペーサ層の物理的膜厚は、189.7[nm]程度になる。
図8において、画素P3に対応する多層膜603のスペーサ層606が緑フィルタに相当する。
選択的に透過させる光が赤(R)の場合、スペーサ層の厚さをSiO2の膜厚に換算すると、緑フィルタとしてのスペーサ層606の厚さよりも+30〜50[nm]程度大きい値であることが好ましい。
画素P2に対応する多層膜602のスペーサ層605が赤フィルタに相当する。
つまり、赤フィルタとしてのスペーサ層606の膜厚を緑フィルタとしてのスペーサ層606と同等の189.7[nm]にする場合は、赤フィルタとしてのスペーサ層606の屈折率を1.6〜1.9程度に設定すると好適である。
屈折率が1.6〜1.9程度の媒質としては、窒化シリコンや有機樹脂などのほか、SiO2とSi3N4とを波長以下のスケールで周期的に重点するサブ波長構造体などで実現することができる。サブ波長構造体については段落0058以降で詳細に説明する。
選択的に透過させる光が青(B)の場合、スペーサ層の厚さをSiO2の膜厚に換算すると緑フィルタとしてのスペーサ層606の厚さよりも+100〜200[nm]程度大きい値であることが好ましい。
画素P1に対応する多層膜601のスペーサ層604が青フィルタに相当する。
つまり、青フィルタとしてのスペーサ層604の膜厚を緑フィルタとしてのスペーサ層606と同等の189.7[nm]にする場合は、青フィルタとしてのスペーサ層604の屈折率を2.2〜3.0程度に設定すると好適である。
屈折率が2.2〜3.0程度の媒質としては、一例として、酸化チタン(TiO2)屈折率=2.5がある。
前記のスペーサ層の膜厚、充填媒質の屈折率は一例であり、その他のスペーサ層間隔や屈折率を有する媒質でも、所望波長で所望の透過特性を得られるのであれば、任意で構わない。
Here, as an example, when the light to be selectively transmitted is green (G), and the thickness of the spacer layer (physical thickness) is lambda / 2n (n is the refractive index of the medium), SiO spacer layer In the case of 2 (refractive index n = 1.45), the physical thickness of the spacer layer is about 189.7 [nm].
In FIG. 8, the spacer layer 606 of the multilayer film 603 corresponding to the pixel P3 corresponds to a green filter.
When light to be selectively transmitted is red (R), the thickness of the spacer layer in terms of the film thickness of the SiO 2, in than the thickness + 30 to 50 [nm] greater degree value of the spacer layer 606 as a green filter Preferably there is.
The spacer layer 605 of the multilayer film 602 corresponding to the pixel P2 corresponds to a red filter.
That is, when the thickness of the spacer layer 606 as a red filter 189.7 [nm] equivalent to the spacer layer 606 as a green filter, setting the refractive index of the spacer layer 606 as a red filter at about 1.6 to 1.9 Is preferred.
The medium refractive index of about 1.6 to 1.9, in addition to silicon or an organic resin nitride, be implemented by a SiO 2 and Si 3 N 4 and the sub-wavelength structures periodically emphasis in the following scale wavelength it can. The subwavelength structure will be described in detail in paragraphs 0058 and after.
When light to be selectively transmitted is blue (B), is the thickness of the thick + 100 to 200 [nm] a greater extent than the spacer layer 606 as a green filter when converted to the film thickness of the SiO 2 spacer layer It is preferable.
The spacer layer 604 of the multilayer film 601 corresponding to the pixel P1 corresponds to a blue filter.
That is, when the thickness of the spacer layer 604 as a blue filter 189.7 [nm] equivalent to the spacer layer 606 as a green filter, setting the refractive index of the spacer layer 604 as a blue filter to approximately 2.2 to 3.0 Is preferred.
An example of the medium having a refractive index of about 2.2 to 3.0 is titanium oxide (TiO2) refractive index = 2.5.
Thickness of the spacer layer, the refractive index of the filling medium is an example, even in a medium having another spacer layer spacing and refractive index, as long as the resulting desired transmission characteristic at the desired wavelength, may be arbitrary.

第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論である。
また、スペーサ層は、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有するようにしたので、それらスペーサ層の物理的な膜厚が同一となるように形成すれば、隣接する多層膜の表面の高さ位置を一致させることができる。
そのため、第3の実施の形態のように、多層膜光学フィルタの上層に高さ調整層24を積層することなく、多層膜光学フィルタ10あるいは固体撮像素子に入射される光の入射特性を確保することができるので、製造コストの低減を図る上で有利となる。
Of course, according to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In addition, since the spacer layer has a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits, if the physical thickness of the spacer layer is formed to be the same, The height positions of the surfaces of adjacent multilayer films can be matched.
Therefore, as in the third embodiment, the incident characteristic of light incident on the multilayer optical filter 10 or the solid-state imaging device is ensured without stacking the height adjustment layer 24 on the multilayer optical filter. This is advantageous in reducing the manufacturing cost.

図9は第4の実施の形態の変形例における多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。
図9に示すように、屈折率が異なるスペーサ層を有する隣接する多層膜の間にギャップ22を設ける。
そして、このギャップ22に、単一の媒質(たとえば SiO2、Si3N4など)からなる反射部24を形成する。あるいは、ギャップ22にエッチングを施すことによりエアギャップ構造からなる反射部24を形成する。
このような反射部24を形成すると、多層膜に対して斜め方向で入射した光が反射部24と多層膜との界面で反射(全反射)され、隣の画素に侵入することが防止される。そのため、多層膜に対して斜め方向で入射した光が隣の画素に侵入して混色を生じるといった悪影響を抑制する上で有利となる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 in a modification of the fourth embodiment.
As shown in FIG. 9, a gap 22 is provided between adjacent multilayer films having spacer layers having different refractive indexes.
Then, a reflection portion 24 made of a single medium (for example, SiO 2 , Si 3 N 4, etc.) is formed in the gap 22. Alternatively, the reflective portion 24 having an air gap structure is formed by etching the gap 22.
When such a reflection portion 24 is formed, light incident in an oblique direction with respect to the multilayer film is reflected (total reflection) at the interface between the reflection portion 24 and the multilayer film, and is prevented from entering the adjacent pixels. . For this reason, it is advantageous in suppressing the adverse effect that light incident on the multilayer film in an oblique direction enters the adjacent pixel and causes color mixing.

(第5の実施の形態)
次に第5の実施の形態について説明する。
第5の実施の形態は、多層膜の球面状部20の形状が第1乃至第4の実施の形態と相違している。
図10は第5の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。
図10も図7と同様に、多層膜光学フィルタ10の一部分を抜き出した模式図であり、光電変換素子や信号配線などは省略してある。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
The fifth embodiment is different from the first to fourth embodiments in the shape of the spherical portion 20 of the multilayer film.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 of the fifth embodiment.
FIG. 10 is also a schematic diagram in which a part of the multilayer optical filter 10 is extracted as in FIG. 7, and the photoelectric conversion elements and signal wirings are omitted.

図10に示すように、球面状部20を有する多層膜1401、1402、1403が3つの画素P1,P2,P3に対応して設けられている。
言い換えると、固体撮像素子8の各画素P1,P2,P3の上部には凸レンズ形状をした多層膜が実装されている。
各多層膜1401、1402、1403の厚さ方向の中間部に、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14に置き換えて、同一の誘電体からなるスペーサ層1404、14014、1406がそれぞれ設けられている。
スペーサ層1404、1405、1406は、各多層膜1401、1402、1403が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率で形成されている。
なお、第4の実施の形態においても、スペーサ層1404、14014、1406を、各多層膜1401、1402、1403が選択的に透過させる光の特定波長で定められる光学膜厚で形成するようにしてもよい。
As shown in FIG. 10, multilayer films 1401, 1402, and 1403 having a spherical portion 20 are provided corresponding to the three pixels P1, P2, and P3.
In other words, a multilayer film having a convex lens shape is mounted on the top of each pixel P1, P2, P3 of the solid-state imaging device 8.
Spacer layers 1404, 14014, and 1406 made of the same dielectric material are provided in place of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 in the intermediate portions in the thickness direction of the multilayer films 1401, 1402, and 1403, respectively. It has been.
The spacer layers 1404, 1405, and 1406 are formed with a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film 1401, 1402, and 1403 selectively transmits.
Also in the fourth embodiment, the spacer layers 1404, 14014, and 1406 are formed with an optical film thickness determined by a specific wavelength of light that each multilayer film 1401, 1402, and 1403 selectively transmits. Also good.

第1、第2誘電体層12、14が積層される方向である多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、第1、第2誘電体層12、14のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部20として形成されている。
本実施の形態では、多層膜の厚さ方向の全てが球面状部20として形成されている。
球面状部20は該球面状部20を透過する光を収束するパワーを有するレンズとして機能する。
また、本実施の形態では、球面状部20において、第1誘電体層12および第2誘電体層14が沿う前記球面の中心が同一である点が第1乃至第4の実施の形態と相違している。
言い換えると、それぞれの画素に対応する多層膜は相似形ではなく、上層に行くほど曲率が小さくなる球殻状の形状を有している。
なお、多層膜光学フィルタ10の透過効率を確保する上で多層膜の曲率のばらつきは、例えば、以下に説明するような範囲とすることが好ましい。
すなわち、図10において、電磁波の入射側(図中上側)の多層膜を第1層、固体撮像素子8側の多層膜を第N層とする。
n番目の多層膜に着目した場合、n番目の多層膜を球面近似した際の曲率半径をRとすると、(n+1)番目もしくは(n-1)番目の多相膜(第1、第2誘電体層12、14)の曲率半径は、0.9R〜1.1Rの範囲であることが好ましい。なお、nは1〜Nまでの間の任意の整数である。
At least a part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first and second dielectric layers 12 and 14 are laminated, is formed by laminating the first and second dielectric layers 12 and 14 respectively. It is formed as a spherical portion 20 formed along a spherical surface that is convex in the same direction.
In the present embodiment, all of the multilayer film in the thickness direction is formed as the spherical portion 20.
The spherical portion 20 functions as a lens having a power for converging light transmitted through the spherical portion 20.
In the present embodiment, the spherical portion 20 is different from the first to fourth embodiments in that the center of the spherical surface along which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are aligned is the same. is doing.
In other words, the multilayer film corresponding to each pixel does not have a similar shape, but has a spherical shell shape in which the curvature decreases toward the upper layer.
In order to secure the transmission efficiency of the multilayer optical filter 10, the variation in the curvature of the multilayer film is preferably in the range described below, for example.
That is, in FIG. 10, the multilayer film on the electromagnetic wave incident side (upper side in the figure) is the first layer, and the multilayer film on the solid-state imaging device 8 side is the Nth layer.
When focusing on the nth multilayer film, if the radius of curvature when the nth multilayer film is approximated to a spherical surface is R, the (n + 1) th or (n-1) th multiphase film (first, first) The radius of curvature of the two dielectric layers 12, 14) is preferably in the range of 0.9R to 1.1R. Note that n is an arbitrary integer between 1 and N.

第5の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論である。
また、図11は第5の実施の形態の変形例における多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図である。
図11に示すように、球面状部20を有する多層膜1501、1502、1503が3つの画素P1,P2,P3に対応して設けられている。
各多層膜1501、1502、1503の厚さ方向の中間部に、第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14に置き換えて、同一の誘電体からなるスペーサ層1504、15015、1506がそれぞれ設けられている。
スペーサ層1504、1505、1406は、各多層膜1401、1402、1403が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率で形成されている。
この変形例では、球面状部20の曲率が図10の球状面部20よりも大きな値となっている点のみが図10と相違している。
In the fifth embodiment, it is needless to say that the same effect as in the first embodiment can be obtained.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 in a modification of the fifth embodiment.
As shown in FIG. 11, multilayer films 1501, 1502, and 1503 having a spherical portion 20 are provided corresponding to the three pixels P1, P2, and P3.
Spacer layers 1504, 15015, and 1506 made of the same dielectric material are provided in place of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 at intermediate portions in the thickness direction of the multilayer films 1501, 1502, and 1503, respectively. It has been.
The spacer layers 1504, 1505, and 1406 are formed with a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film 1401, 1402, and 1403 selectively transmits.
This modification is different from FIG. 10 only in that the curvature of the spherical surface portion 20 is larger than that of the spherical surface portion 20 of FIG.

(第6の実施の形態)
次に第6の実施の形態について説明する。
第6の実施の形態は、第1の実施の形態の図8(A)に示す多層膜光学フィルタ10を、CMOS型固体撮像素子に実装したものである。なお、多層膜光学フィルタ10を実装する固体撮像素子はCOMS型の固体撮像素子に限定されるものではなく、CCD型の固体撮像素子など従来公知のさまざまな固体撮像素子に適用可能であることは無論である。
図12は第6の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。なお、多層膜光学フィルタ10の多層膜の中間には不図示のスペーサ層が設けられている。
固体撮像素子8の画素701に、本発明に係る多層膜光学フィルタ10が設けられている。
固体撮像素子8は、画素701を有している。
各画素701には、光電変換素子703が設けられている。
光電変換素子703は、画素分離層705により隣接画素と電気的に分離されている。
画素分離層705の上部には信号配線層704が設けられている。
光電変換素子703と信号配線層704とで囲まれた部分は、周囲に比べて高い屈折率を有する媒質(たとえば、周囲をSiO2、導波路部分をSi3N4)を充填した導波路構造部706で構成されている。
導波路構造部706は、周囲に対して高い屈折率の媒質が充填されることでクラッドコア構造を実現し、斜め方向から入射する入射光であっても高い集光効率で光電変換素子703に導くことが可能となっている。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described.
In the sixth embodiment, the multilayer optical filter 10 shown in FIG. 8A of the first embodiment is mounted on a CMOS solid-state imaging device. Note that the solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 is mounted is not limited to the COMS solid-state imaging device, and can be applied to various known solid-state imaging devices such as a CCD solid-state imaging device. Of course.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a CMOS type solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 according to the sixth embodiment is mounted. A spacer layer (not shown) is provided in the middle of the multilayer film of the multilayer optical filter 10.
A multilayer optical filter 10 according to the present invention is provided in a pixel 701 of the solid-state imaging device 8.
The solid-state image sensor 8 has a pixel 701.
Each pixel 701 is provided with a photoelectric conversion element 703.
The photoelectric conversion element 703 is electrically separated from adjacent pixels by a pixel separation layer 705.
A signal wiring layer 704 is provided on the pixel separation layer 705.
A portion surrounded by the photoelectric conversion element 703 and the signal wiring layer 704 is a waveguide structure filled with a medium having a higher refractive index than the surroundings (for example, the surrounding is SiO 2 and the waveguide portion is Si 3 N 4 ). Part 706.
The waveguide structure portion 706 realizes a clad core structure by being filled with a medium having a high refractive index with respect to the surroundings. It is possible to guide.

このようなCMOS型固体撮像素子によれば、多層膜光学フィルタ10の集光効果を確保しつつ、透過効率の向上が図られているため、撮像した画像信号の品質を確保する上で有利となる。   According to such a CMOS type solid-state imaging device, the transmission efficiency is improved while ensuring the light condensing effect of the multilayer optical filter 10, which is advantageous in ensuring the quality of the captured image signal. Become.

(第7の実施の形態)
次に第7の実施の形態について説明する。
第7の実施の形態は、第6の実施の形態の変形例であり、第1の実施の形態の図8(B)に示す多層膜光学フィルタ10を、CMOS型固体撮像素子に実装したものである。
図13は、第7の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。
図13に示すように、多層膜の厚さ方向の一部が球面状部20として形成されている。
すなわち、球面状部20を除いた多層膜の残りの部分が、第1誘電体層12および第2誘電体層14のそれぞれが平行して積層される平面状部22として形成されている。
球面状部20と平面状部22との間に不図示のスペーサ層が設けられている。
固体撮像素子8は、画素801を有している。
各画素801には、光電変換素子803が設けられている。
光電変換素子803は、画素分離層805により隣接画素と電気的に分離されている。
画素分離層805の上部には信号配線層804が設けられている。
光電変換素子803と信号配線層804とで囲まれた部分は、周囲に比べて高い屈折率を有する媒質(たとえば、周囲をSiO2、導波路部分をSi3N4)を充填した導波路構造部806で構成されている。
導波路構造部806は、周囲に対して高い屈折率の媒質が充填されることでクラッドコア構造を実現し、斜め方向から入射する入射光であっても高い集光効率で光電変換素子803に導くことが可能となっている。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described.
The seventh embodiment is a modification of the sixth embodiment, in which the multilayer optical filter 10 shown in FIG. 8B of the first embodiment is mounted on a CMOS solid-state imaging device. It is.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a CMOS type solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 according to the seventh embodiment is mounted.
As shown in FIG. 13, a part of the multilayer film in the thickness direction is formed as a spherical portion 20.
That is, the remaining part of the multilayer film excluding the spherical portion 20 is formed as a planar portion 22 in which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated in parallel.
A spacer layer (not shown) is provided between the spherical portion 20 and the planar portion 22.
The solid-state image sensor 8 has a pixel 801.
Each pixel 801 is provided with a photoelectric conversion element 803.
The photoelectric conversion element 803 is electrically separated from adjacent pixels by a pixel separation layer 805.
A signal wiring layer 804 is provided on the pixel separation layer 805.
A portion surrounded by the photoelectric conversion element 803 and the signal wiring layer 804 is a waveguide structure filled with a medium having a higher refractive index than the surroundings (for example, the surrounding is SiO 2 and the waveguide portion is Si 3 N 4 ). Part 806.
The waveguide structure portion 806 realizes a clad core structure by being filled with a medium having a high refractive index with respect to the surroundings. It is possible to guide.

このようなCMOS型固体撮像素子においても、多層膜光学フィルタ10の集光効果を確保しつつ、透過効率の向上が図られているため、撮像した画像信号の品質を確保する上で有利となる。   In such a CMOS type solid-state imaging device, since the transmission efficiency is improved while ensuring the light condensing effect of the multilayer optical filter 10, it is advantageous in ensuring the quality of the captured image signal. .

(第8の実施の形態)
次に第8の実施の形態について説明する。
図14は、第8の実施の形態における多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。
図14に示すように、多層膜の厚さ方向の一部が球面状部20として形成されている。
すなわち、球面状部20を除いた多層膜の残りの部分が、第1誘電体層12および第2誘電体層14のそれぞれが平行して積層される平面状部22として形成されている。
球面状部20と平面状部22との間に不図示のスペーサ層が設けられている。
固体撮像素子8は、画素901を有している。
各画素901には、光電変換素子903が設けられている。
光電変換素子903は、画素分離層905により隣接画素と電気的に分離されている。
画素分離層905の上部には信号配線層904が設けられている。
ここで、信号配線層904は、複数層からなるCu配線層をダマシン技術でSiO2基板912中に形成し、Cu配線層の上部に形成されるストッパー層(拡散防止層)914としてシリコン窒化物(Si3N4)を用いる。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a CMOS solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 according to the eighth embodiment is mounted.
As shown in FIG. 14, a part of the multilayer film in the thickness direction is formed as a spherical portion 20.
That is, the remaining part of the multilayer film excluding the spherical portion 20 is formed as a planar portion 22 in which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated in parallel.
A spacer layer (not shown) is provided between the spherical portion 20 and the planar portion 22.
The solid-state image sensor 8 has a pixel 901.
Each pixel 901 is provided with a photoelectric conversion element 903.
The photoelectric conversion element 903 is electrically separated from adjacent pixels by a pixel separation layer 905.
A signal wiring layer 904 is provided above the pixel isolation layer 905.
Here, as the signal wiring layer 904, a Cu wiring layer composed of a plurality of layers is formed in the SiO 2 substrate 912 by a damascene technique, and silicon nitride is used as a stopper layer (diffusion prevention layer) 914 formed on the upper part of the Cu wiring layer. (Si 3 N 4 ) is used.

したがって、SiO2基板912は低屈折率の媒質であることから第1誘電体層12として機能することになり、シリコン窒化物(Si3N4)は高屈折率の媒質であることからストッパー層(拡散防止層)914は第2誘電体層14として機能することになる。
すなわち、これらのCMOSの配線構造に起因するSiO2/Si3N4の層状構造を多層膜光学フィルタの下部反射器として用いることができる。
したがって、第8の実施の形態によれば、第7の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、多層膜の層数を削減することが可能になり、その結果、固体撮像素子全体の低背化を実現する上で有利となる。
Therefore, the SiO 2 substrate 912 functions as the first dielectric layer 12 because it is a low refractive index medium, and the stopper layer is formed because silicon nitride (Si 3 N 4 ) is a high refractive index medium. The (diffusion prevention layer) 914 functions as the second dielectric layer 14.
That is, the layered structure of SiO 2 / Si 3 N 4 resulting from these CMOS wiring structures can be used as the lower reflector of the multilayer optical filter.
Therefore, according to the eighth embodiment, it is possible to reduce the number of layers of the multilayer film, as a matter of course, that the same effect as in the seventh embodiment can be obtained. This is advantageous in reducing the overall height of the image sensor.

(第9の実施の形態)
次に第9の実施の形態について説明する。
図15は、第9の実施の形態における多層膜光学フィルタ10の断面図である。
図15に示すように、多層膜光学フィルタ10は、球面状部20の球面の突出方向の先端に位置する第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14の表面に平滑化層26が設けられている。
平滑化層26の表面には、球面状部20の球面の突出方向と直交する単一の平面上を延在するレンズ取り付け面28が形成されている。
レンズ取り付け面28には、正のパワーを有するレンズ(凸レンズ)として機能するオンチップ集光素子30が取着されている。
ここで、多層膜が第1誘電体層12と第2誘電体層14とが積層される方向に対して交差する方向に並べられて複数設けられ、各多層膜の表面の高さ位置は互いに異なっている。
具体的には、各多層膜に設けられるスペーサ層16の厚さが互いに異なっているか、あるいは、各多層膜を構成する第1誘電体層12の数あるいは第2誘電体層14の数が互いに異なっている。
本実施の形態では、オンチップ集光素子30の表面が同一の高さに設けられるように、各平滑化層26の高さを異ならせる。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment will be described.
FIG. 15 is a cross-sectional view of the multilayer optical filter 10 according to the ninth embodiment.
As shown in FIG. 15, the multilayer optical filter 10 is provided with a smoothing layer 26 on the surface of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 located at the tip of the spherical portion 20 in the protruding direction of the spherical surface. It has been.
A lens mounting surface 28 is formed on the surface of the smoothing layer 26 so as to extend on a single plane perpendicular to the protruding direction of the spherical surface of the spherical portion 20.
An on-chip condensing element 30 that functions as a lens having a positive power (convex lens) is attached to the lens mounting surface 28.
Here, a plurality of multilayer films are arranged in a direction intersecting the direction in which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated, and the height positions of the surfaces of the multilayer films are mutually different. Is different.
Specifically, the thicknesses of the spacer layers 16 provided in each multilayer film are different from each other, or the number of first dielectric layers 12 or the number of second dielectric layers 14 constituting each multilayer film is mutually different. Is different.
In the present embodiment, the heights of the smoothing layers 26 are made different so that the surface of the on-chip condensing element 30 is provided at the same height.

第9の実施の形態によれば、固体撮像素子全面で各々の色成分の画素の高さをそろえることができ、それにより色ごとのシェーディング特性のバラツキを低減することができる。   According to the ninth embodiment, the heights of the pixels of the respective color components can be made uniform over the entire surface of the solid-state imaging device, whereby variation in shading characteristics for each color can be reduced.

(第10の実施の形態)
次に第10の実施の形態について説明する。
第10の実施の形態は第9の実施の形態の変形例であり、球面状部20が突出する向きが反対向きとなって点が第9の実施の形態と相違している。
図16は、第10の実施の形態における多層膜光学フィルタ10の断面図である。
図16に示すように、第1、第2誘電体層12、14が積層される方向である多層膜の厚さ方向の全てが球面状部20として形成されている。
球面状部20は、第1、第2誘電体層12、14のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成されており、球面状部20が突出する向きは光の透過方向と同一となっている。
すなわち、球面状部20は該球面状部20を透過する光を発散するパワー(負のパワー)を有するレンズ(凹レンズ)として機能する。
また、本実施の形態では、球面状部20において、第1、第2誘電体層12、14が沿う球面は、同一の曲率である。
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment will be described.
The tenth embodiment is a modification of the ninth embodiment, and is different from the ninth embodiment in that the direction in which the spherical portion 20 protrudes is the opposite direction.
FIG. 16 is a cross-sectional view of the multilayer optical filter 10 according to the tenth embodiment.
As shown in FIG. 16, all of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first and second dielectric layers 12 and 14 are laminated, is formed as the spherical portion 20.
In the spherical portion 20, each of the first and second dielectric layers 12 and 14 is formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are laminated, and the spherical portion 20 protrudes. The direction to do is the same as the light transmission direction.
That is, the spherical portion 20 functions as a lens (concave lens) having a power (negative power) for diverging light transmitted through the spherical portion 20.
In the present embodiment, in the spherical portion 20, the spherical surfaces along which the first and second dielectric layers 12, 14 are aligned have the same curvature.

図16に示すように、多層膜光学フィルタ10は、球面状部20の球面の突出方向と反対方向の先端に位置する第1誘電体層12あるいは第2誘電体層14の表面に平滑化層26が設けられている。
平滑化層26の表面には、球面状部20の球面の突出方向と直交する単一の平面上を延在するレンズ取り付け面28が形成されている。
レンズ取り付け面28には、正のパワーを有するレンズ(凸レンズ)として機能するオンチップ集光素子1102が取着されている。
ここで、多層膜が第1誘電体層12と第2誘電体層14とが積層される方向に対して交差する方向に並べられて複数設けられ、各多層膜の表面の高さ位置は互いに異なっている。
具体的には、各多層膜に設けられるスペーサ層16の厚さが互いに異なっているか、あるいは、各多層膜を構成する第1誘電体層12の数あるいは第2誘電体層14の数が互いに異なっている。
そして、第9の実施の形態と同様に、オンチップ集光素子30の表面が同一の高さに設けられるように、各平滑化層26の高さを異ならせる。
As shown in FIG. 16, the multilayer optical filter 10 has a smoothing layer on the surface of the first dielectric layer 12 or the second dielectric layer 14 located at the tip of the spherical portion 20 in the direction opposite to the protruding direction of the spherical surface. 26 is provided.
A lens mounting surface 28 is formed on the surface of the smoothing layer 26 so as to extend on a single plane perpendicular to the protruding direction of the spherical surface of the spherical portion 20.
An on-chip condensing element 1102 that functions as a lens having a positive power (convex lens) is attached to the lens mounting surface 28.
Here, a plurality of multilayer films are arranged in a direction intersecting the direction in which the first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 14 are laminated, and the height positions of the surfaces of the multilayer films are mutually different. Is different.
Specifically, the thicknesses of the spacer layers 16 provided in each multilayer film are different from each other, or the number of first dielectric layers 12 or the number of second dielectric layers 14 constituting each multilayer film is mutually different. Is different.
Then, as in the ninth embodiment, the heights of the smoothing layers 26 are made different so that the surface of the on-chip condensing element 30 is provided at the same height.

第10の実施の形態によれば、第9の実施の形態と同様の効果が奏される。
また、球面状部20は該球面状部20を透過する光を発散するパワーを有するレンズとして機能するため、オンチップ集光素子1102により集光された光を拡散、もしくは平行光線にする上で有利となる。
したがって、固体撮像素子の受光面に対して発散光あるいは平行光を入射させる場合に好適である。
According to the tenth embodiment, the same effects as in the ninth embodiment are achieved.
Further, since the spherical portion 20 functions as a lens having a power to diverge the light transmitted through the spherical portion 20, the spherical portion 20 is used for diffusing or collimating the light collected by the on-chip condensing element 1102. It will be advantageous.
Therefore, it is suitable when diverging light or parallel light is incident on the light receiving surface of the solid-state imaging device.

(第11の実施の形態)
次に第11の実施の形態について説明する。
第11の実施の形態は、多層膜に無機薄膜フィルタ(もしくは有機フィルタ)を組み合わせてハイブリッド型の多層膜光学フィルタ32を構成するものである。
図17(B)は第11の実施の形態の多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。
図17(B)に示すように、図17(A)における多層膜のうち固体撮像素子寄りの部分が無機薄膜フィルタ1205(もしくは有機フィルタ1205)に置き換えて実装されたものである。
言い換えると、第11の実施の形態の多層膜光学フィルタ32は、第1、第2誘電体層12、14が積層された多層膜と、無機薄膜フィルタ1205(もしくは有機フィルタ1205)とが組み合わされて構成されている。
(Eleventh embodiment)
Next, an eleventh embodiment will be described.
In the eleventh embodiment, a hybrid multilayer optical filter 32 is constructed by combining an inorganic thin film filter (or organic filter) with a multilayer film.
FIG. 17B is a cross-sectional view of a CMOS solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 of the eleventh embodiment is mounted.
As shown in FIG. 17B, the portion close to the solid-state image sensor in the multilayer film in FIG. 17A is replaced with an inorganic thin film filter 1205 (or organic filter 1205) and mounted.
In other words, in the multilayer optical filter 32 of the eleventh embodiment, the multilayer film in which the first and second dielectric layers 12 and 14 are laminated and the inorganic thin film filter 1205 (or the organic filter 1205) are combined. Configured.

図17(A)は多層膜光学フィルタ10が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。
すなわち、図17(A)は第6の実施の形態(図12)と同様に構成されたCMOS型固体撮像素子の断面図を示す。
なお、図17(A)には、多層膜光学フィルタ10の多層膜の中間にスペーサ層が、スペーサ層の上部には上部反射器が、スペーサ層の下部には下部反射器がそれぞれ設けられているが、図面の簡略化を図るためそれらの図示は省略している。
図17(C)は無機薄膜フィルタ1205(もしくは有機フィルタ1205)からなる光学フィルタ34が実装されたCMOS型固体撮像素子の断面図である。
FIG. 17A is a cross-sectional view of a CMOS solid-state imaging device on which the multilayer optical filter 10 is mounted.
That is, FIG. 17A shows a cross-sectional view of a CMOS type solid-state imaging device configured similarly to the sixth embodiment (FIG. 12).
In FIG. 17A, a spacer layer is provided in the middle of the multilayer film of the multilayer optical filter 10, an upper reflector is provided above the spacer layer, and a lower reflector is provided below the spacer layer. However, they are not shown in order to simplify the drawing.
FIG. 17C is a cross-sectional view of a CMOS type solid-state imaging device on which an optical filter 34 composed of an inorganic thin film filter 1205 (or an organic filter 1205) is mounted.

第11の実施の形態によれば、多層膜と無機薄膜フィルタ1205(もしくは有機フィルタ1205)とを組み合わせて多層膜光学フィルタ32を構成するので、多層膜光学フィルタ32の設計の自由度を確保する上で有利となる。したがって、所望の透過特性を有するバンドパスフィルタを簡単かつ確実に実現する上で有利となる。
また、図17(A)に示す多層膜光学フィルタ10と、(B)に示すハイブリッド型の多層膜光学フィルタ32と、(C)に示す光学フィルタ34とを適宜組み合わせることによって2次元の固体撮像素子を構成できることは無論である。その場合は、固体撮像素子の設計の自由度を確保する上で有利となる。
According to the eleventh embodiment, since the multilayer optical filter 32 is configured by combining the multilayer film and the inorganic thin film filter 1205 (or the organic filter 1205), the degree of freedom in designing the multilayer optical filter 32 is ensured. This is advantageous. Therefore, it is advantageous to easily and surely realize a bandpass filter having a desired transmission characteristic.
Moreover, two-dimensional solid-state imaging is obtained by appropriately combining the multilayer optical filter 10 shown in FIG. 17A, the hybrid multilayer optical filter 32 shown in FIG. 17B, and the optical filter 34 shown in FIG. Of course, the element can be configured. In that case, it is advantageous in securing the degree of freedom in designing the solid-state imaging device.

(第12の実施の形態)
次に第12の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態(図8、図9)で説明したように、各スペーサ層604、605、606を、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有するもので構成する場合においては、スペーサ層の屈折率を調整する必要がある。
この場合、以下に説明するサブ波長構造体を用いて各スペーサ層を構成することによりスペーサ層の屈折率の調整を簡単かつ確実に行うことができる。
(Twelfth embodiment)
Next, a twelfth embodiment will be described.
As described in the fourth embodiment (FIGS. 8 and 9), each spacer layer 604, 605, 606 has a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits. In this case, it is necessary to adjust the refractive index of the spacer layer.
In this case, the refractive index of the spacer layer can be easily and reliably adjusted by configuring each spacer layer using the sub-wavelength structure described below.

図18は、第12の実施の形態の多層膜光学フィルタ10の構成を示す断面図、図19は各サブ波長構造体の構造を示す斜視図である。なお、図面の簡略化を図るために各サブ波長構造体1604乃至1612が平面状に延在しているものとして示したが、実際には、各サブ波長構造体は多層膜と同様に球面状を呈している。
図18、図19に示すように、スペーサ層604、605、606は、サブ波長構造体1604乃至1612で構成されている。
言い換えると、スペーサ層604、605、606は、互いに異なる屈折率を有し、かつ、透過する電磁波波長よりも小さい寸法で2種類の媒質を、1次元にあるいは2次元に配置されたサブ波長構造体で構成されている。
図18、図19においては、サブ波長構造体の構造例として、3種類を示しており、第1の種類がサブ波長構造体1604、1605、1606であり、第2の種類がサブ波長構造体1607、1608、1609であり、第3の種類がサブ波長構造体1610、1611、1612である。
18 is a cross-sectional view showing the configuration of the multilayer optical filter 10 of the twelfth embodiment, and FIG. 19 is a perspective view showing the structure of each sub-wavelength structure. In order to simplify the drawing, each of the sub-wavelength structures 1604 to 1612 is shown as extending in a planar shape. However, in actuality, each sub-wavelength structure has a spherical shape like a multilayer film. Presents.
As shown in FIGS. 18 and 19, the spacer layers 604, 605, and 606 are composed of sub-wavelength structures 1604 to 1612.
In other words, the spacer layers 604, 605, and 606 have sub-wavelength structures in which two types of media are arranged one-dimensionally or two-dimensionally with different refractive indexes and dimensions smaller than the transmitted electromagnetic wave wavelength. Consists of the body.
18 and 19, three types of sub-wavelength structures are shown as examples. The first type is sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606, and the second type is sub-wavelength structures. 1607, 1608, and 1609, and the third type is subwavelength structures 1610, 1611, and 1612.

まず、スペーサ層604、605、606として、第1の種類のサブ波長構造体1604、1605、1606を用いる場合について説明する。
サブ波長構造体1604、1605、1606の厚さ方向をZ軸、厚さ方向と直交する平面上で直交する2つの軸をX軸、Y軸とする。
本実施の形態では、サブ波長構造体1604、1605、1606は、X軸およびY軸の2方向に、互いに異なる屈折率を有する2種類の媒質を電磁波波長よりも優位に小さいスケール(寸法)で周期的に配置した構造である。
First, a case where the first type sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 are used as the spacer layers 604, 605, and 606 will be described.
The thickness directions of the sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 are defined as the Z axis, and the two axes orthogonal to each other on a plane orthogonal to the thickness direction are defined as the X axis and the Y axis.
In the present embodiment, the sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 are composed of two types of media having different refractive indexes in two directions of the X axis and the Y axis on a scale (size) that is significantly smaller than the electromagnetic wave wavelength. It is a structure arranged periodically.

図18において、白抜きで示す部分と、細かい点を付して示した部分とが互いに屈折率が異なる2種類の媒質を示す。以下説明の便宜上、白抜きで示す媒質を第1媒質40Aと、細かい点を付して示した媒質を第2媒質40Bとして説明する。
ここで、電磁波波長よりも優位に小さいスケールとは、典型的には、媒質中の電磁波波長の半分以下の寸法であり、理想的には電磁波波長の1/10程度の寸法まで2種類の媒質を微細構造化できると、尚好適である。
このように構成されたサブ波長構造体1604、1605、1606は、電磁波の広がりよりも優位に小さいスケールで屈折率が変化する。
In FIG. 18, a portion indicated by white and a portion indicated by fine dots indicate two types of media having different refractive indexes. Hereinafter, for convenience of explanation, the medium shown in white will be described as the first medium 40A, and the medium shown with fine points will be described as the second medium 40B.
Here, the scale that is significantly smaller than the electromagnetic wave wavelength typically has a size that is less than half of the electromagnetic wave wavelength in the medium, and ideally two types of media up to about 1/10 of the electromagnetic wave wavelength. It is still preferable that the structure can be made fine.
The sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 configured in this manner change in refractive index on a scale that is significantly smaller than the spread of electromagnetic waves.

したがって、サブ波長構造体1604、1605、1606を透過する電磁波が感じる実効的な屈折率は、2種類の媒質の体積密度の割合によって決まる平均的な屈折率と等しくなる。
そのため、サブ波長構造体1604、1605、1606に示すように、サブ波長構造体を構成する2種類の媒質40A,40Bの割合を変えることで、サブ波長構造体の屈折率を調整することができる。
より詳細には、サブ波長構造体1604、1605、1606の場合には、2種類の媒質40A,40BがX軸方向、Y軸方向に沿って分割された立方体形状を呈している。
サブ波長構造体1604、1605、1606は、X軸方向およびY軸方向の2軸方向の周期構造により、屈折率を変化させている。
すなわち、第1の種類のサブ波長構造体1604、1605、1606における媒質40A,40Bの体積の割合は、1:0、1:1、0:1となっており、屈折率もそれら割合に応じて決定されることになる。
Therefore, the effective refractive index felt by the electromagnetic waves transmitted through the sub-wavelength structures 1604, 1605 and 1606 is equal to the average refractive index determined by the ratio of the volume density of the two types of media.
Therefore, as shown in the sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606, the refractive index of the sub-wavelength structure can be adjusted by changing the ratio of the two types of media 40A and 40B constituting the sub-wavelength structure. .
More specifically, in the case of the sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606, the two types of media 40A and 40B have a cubic shape that is divided along the X-axis direction and the Y-axis direction.
The sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 have their refractive indexes changed by the biaxial periodic structure of the X-axis direction and the Y-axis direction.
That is, the volume ratios of the media 40A and 40B in the first type sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 are 1: 0, 1: 1, and 0: 1, and the refractive index also depends on these ratios. Will be determined.

第2の種類のサブ波長構造体1607、1608、1609の場合は、2種類の媒質40A,40BがX軸方向、Y軸方向に沿って分割された立方体形状を呈している点は第1の種類のサブ波長構造体と同様である。しかしながら、X軸方向あるいはY軸方向のいずれか1軸方向の周期構造により、屈折率を変化させている点が第1の種類のサブ波長構造体と異なっている。
図示するように、第2の種類のサブ波長構造体1604、1605、1606における媒質40A,40Bの体積の割合は、3:1、1:1、1:3となっており、屈折率もそれら割合に応じて決定されることになる。
In the case of the second type sub-wavelength structures 1607, 1608, and 1609, the first is that the two types of media 40A and 40B have a cubic shape divided along the X-axis direction and the Y-axis direction. Similar to the types of subwavelength structures. However, it differs from the first type sub-wavelength structure in that the refractive index is changed by the periodic structure in either the X-axis direction or the Y-axis direction.
As shown in the figure, the volume ratios of the media 40A and 40B in the second type sub-wavelength structures 1604, 1605, and 1606 are 3: 1, 1: 1, and 1: 3, and the refractive indexes are also those. It will be decided according to the ratio.

また、第3の種類のサブ波長構造体1610、1611、1612の場合は、2種類の媒質40A,40Bが同心円状に交互に配置されており、したがって、同心円状の屈折率周期構造で、屈折率を変化させている。
図示するように、2種類の媒質40A,40Bの割合を変化させることで屈折率もそれら割合に応じて決定されることになる。
In the case of the third type sub-wavelength structures 1610, 1611 and 1612, the two types of media 40A and 40B are alternately arranged in a concentric manner. The rate is changing.
As shown in the figure, the refractive index is determined in accordance with the ratio by changing the ratio of the two types of media 40A and 40B.

(第13の実施の形態)
次に第13の実施の形態について説明する。
第13の実施の形態は、本発明の多層膜光学フィルタ10と、偏光フィルタ50との双方を2次元固体撮像素子に設けた場合について説明する。
図20は第13の実施の形態における多層膜フィルタ10と偏光フィルタ50との双方を設けた2次元固体撮像素子の断面図である。
図20に示すように、固体撮像素子8は2次元平面上に配列された複数の画素P1、P2、……を有している。
そして、各画素には、多層膜光学フィルタ10および偏光フィルタ50の何れかが設けられ、したがって、多層膜光学フィルタ10および偏光フィルタ50は2次元平面上に配置される。
(Thirteenth embodiment)
Next, a thirteenth embodiment will be described.
In the thirteenth embodiment, a case where both the multilayer optical filter 10 of the present invention and the polarizing filter 50 are provided in a two-dimensional solid-state imaging device will be described.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a two-dimensional solid-state imaging device provided with both the multilayer filter 10 and the polarizing filter 50 in the thirteenth embodiment.
As shown in FIG. 20, the solid-state imaging device 8 has a plurality of pixels P1, P2,... Arranged on a two-dimensional plane.
Each pixel is provided with either the multilayer optical filter 10 or the polarizing filter 50. Therefore, the multilayer optical filter 10 and the polarizing filter 50 are arranged on a two-dimensional plane.

多層膜光学フィルタ10および偏光フィルタ50は、例えば、千鳥状に1画素毎に配置されるなど、多層膜光学フィルタ10および偏光フィルタ50の配置パターンは限定されない。
偏光フィルタ50は、多層膜状の偏光素子で構成されている。
各偏光素子は可視波長よりも小さい周期のノコギリ状の溝構造を有する構造体である。
上方から入射した光は、ノコギリの1つの刃に相当する凸部52に入射するが、凸部を構成する平面からみると、入射する光は斜めに照射されることになる。
斜め入射光のTE波とTM波とでは、TE波が効率よく反射されるので、TM波成分に相当する偏光成分が選択的に透過することになる。
このように、2次元平面上に配列された多層膜光学フィルタ10を透過した光が固体撮像素子8の画素によって検出されることで色情報が取得される。これと同時に、2次元平面上に配列された偏光フィルタ50を透過した光が固体撮像素子8の画素によって検出されることで偏光の強度や偏光の方向の情報が取得される。
The arrangement pattern of the multilayer optical filter 10 and the polarization filter 50 is not limited, for example, the multilayer optical filter 10 and the polarization filter 50 are arranged in a staggered manner for each pixel.
The polarizing filter 50 is composed of a multilayered polarizing element.
Each polarizing element is a structure having a saw-like groove structure with a period smaller than the visible wavelength.
The light incident from above enters the convex portion 52 corresponding to one blade of the saw, but when viewed from the plane constituting the convex portion, the incident light is irradiated obliquely.
Since TE waves and TM waves of obliquely incident light are efficiently reflected, polarized components corresponding to TM wave components are selectively transmitted.
In this way, color information is acquired by detecting light transmitted through the multilayer optical filter 10 arranged on a two-dimensional plane by the pixels of the solid-state imaging device 8. At the same time, the light transmitted through the polarizing filter 50 arranged on the two-dimensional plane is detected by the pixels of the solid-state imaging device 8, whereby the information on the intensity of polarization and the direction of polarization is acquired.

したがって、第13の実施の形態によれば、色情報と偏光の強度や偏光の方向の情報とを得ることができ、それら色情報と偏光の強度や偏光の方向の情報とを利用することにより撮像した画像情報に対してさまざまな処理を行う上で有利となる。
上記処理としては、例えば、撮像後の画像から画素毎に、偏光を除去する処理、偏光の強調を行う処理、偏光の取り出しを行う処理などが挙げられる。
Therefore, according to the thirteenth embodiment, it is possible to obtain color information and information on the intensity of polarization and the direction of polarization, and by using the color information and information on the intensity of polarization and the direction of polarization. This is advantageous in performing various processes on the captured image information.
Examples of the process include a process for removing polarized light, a process for enhancing polarization, and a process for extracting polarized light for each pixel from an image after imaging.

(第14の実施の形態) (Fourteenth embodiment)

次に第14の実施の形態について説明する。
第14の実施の形態は、本発明の多層膜光学フィルタ10を備えた2次元固体撮像素子におけるフィルタ配列の具体的な構成について説明する。
図21(A)は多層膜光学フィルタ10によって透過光をR,G,Bの3つの波長帯域に分離する一般的なRGBフィルタの配列構造を示す説明図、(B)はこのRGBフィルタにおける波長と透過率との関係を示す線図である。
図21(A)は、多層膜光学フィルタ10を備えた2次元固体撮像素子のうち縦4画素、横4画素で構成された部分を取り出したものである。
この多層膜光学フィルタ10は、R(波長650nm)、G(波長550nm)、B(波長450nm)の波長の光をそれぞれ透過する3種類の多層膜が千鳥格子状に配列されている。
ここで色配列の1ユニットは、縦2画素、横2画素であり、1ユニット(4画素)についてGを透過する多層膜が2画素分設けられている。
Next, a fourteenth embodiment will be described.
In the fourteenth embodiment, a specific configuration of the filter array in the two-dimensional solid-state imaging device including the multilayer optical filter 10 of the present invention will be described.
FIG. 21A is an explanatory view showing an arrangement structure of a general RGB filter that separates transmitted light into three wavelength bands of R, G, and B by the multilayer optical filter 10, and FIG. 21B shows the wavelength in this RGB filter. It is a diagram which shows the relationship between a transmittance | permeability.
FIG. 21A shows a portion formed of 4 pixels in the vertical direction and 4 pixels in the horizontal direction from the two-dimensional solid-state imaging device including the multilayer optical filter 10.
In this multilayer optical filter 10, three types of multilayer films that respectively transmit light of wavelengths R (wavelength 650 nm), G (wavelength 550 nm), and B (wavelength 450 nm) are arranged in a staggered pattern.
Here, one unit of the color arrangement is 2 pixels in the vertical direction and 2 pixels in the horizontal direction, and for each unit (4 pixels), a multilayer film that transmits G is provided for two pixels.

図22(A)は多層膜光学フィルタ10によって透過光を7つの波長帯域に分離するフィルタの配列構造を示す説明図、(B)はこのフィルタにおける波長と透過率との関係を示す線図である。
すなわち、この多層膜光学フィルタ10では、波長400[nm]〜700[nm]までを50[nm]ステップで7波長に分類した場合の実施例であり、横2画素、縦4画素の合計8画素で1ユニットを構成する。
1ユニットは、G(波長550nm)を透過する多層膜が2画素分、それ以外の6種類の波長を透過する多層膜が6画素分であり、8画素1ユニットで7色の波長情報を取得することができる。
なお、これら色配列の配置は、あくまで一例であり、多層膜の配列構造、言い換えると、フィルタの色配列は任意である。
FIG. 22A is an explanatory diagram showing an arrangement structure of a filter that separates transmitted light into seven wavelength bands by the multilayer optical filter 10, and FIG. 22B is a diagram showing the relationship between wavelength and transmittance in this filter. is there.
In other words, this multilayer optical filter 10 is an example in which wavelengths from 400 [nm] to 700 [nm] are classified into 7 wavelengths in 50 [nm] steps, and a total of 8 pixels of 2 horizontal pixels and 4 vertical pixels. One unit is composed of pixels.
One unit consists of 2 pixels of multilayer film that transmits G (wavelength 550 nm) and 6 pixels of multilayer film that transmits other 6 types of wavelengths. can do.
Note that the arrangement of these color arrangements is merely an example, and the arrangement structure of the multilayer film, in other words, the color arrangement of the filters is arbitrary.

すなわち、本発明の多層膜光学フィルタによれば、多層膜に球面状部20を設けることで、垂直入射光でも斜め入射光でも多層膜の光学膜厚を正確にλ/4にそろえることが可能となる。そのため、結果としてシャープな透過特性を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
人間の目は可視波長をRGBの3色程度にしか分光できないが、上記のようにシャープな透過特性を有するバンドパスフィルタを実現できるので、50[nm]〜100[nm]といった狭帯域の色フィルタが容易に実現可能となる。
したがって、より正確な色表現や2次元撮像素子で分光プロファイルを得る上で有利となる。
That is, according to the multilayer optical filter of the present invention, by providing the multilayer portion with the spherical surface portion 20, it is possible to accurately align the optical film thickness of the multilayer film to λ / 4 for both normal incident light and oblique incident light. It becomes. As a result, a bandpass filter having sharp transmission characteristics can be realized.
Although the human eye can only divide the visible wavelength to only three colors of RGB, it can realize a bandpass filter with sharp transmission characteristics as described above, so a narrow band color of 50 [nm] to 100 [nm] A filter can be easily realized.
Therefore, it is advantageous in obtaining a spectral profile with more accurate color expression and a two-dimensional image sensor.

(第15の実施の形態)
次に第15の実施の形態について説明する。
第15の実施の形態では、多層膜光学フィルタ10の作製方法について説明する。
本発明の多層膜光学フィルタ10はスパッタデポジションとバイアススパッタリングを組み合わせることで、自己相似的な多層膜構造を積層する。
それにより高精度で多層膜を実現し高い透過特性を示す光学フィルタとして機能する。
自己相似的に複数の薄膜を歪みなく積層するには、バイアス条件を適切に調整する必要があり、そのためには自己クローニング技術が優れた手法として知られている(例えば特許3325825号)。
以下では自己クローニング技術により本光学フィルタを作製する方法を示す。
ただし作製方法は、曲率を持つ多層膜構造を精度よく実現できるのであれば、自己クローニング法には限定はせず、それ以外の製造方法での本光学フィルタの実現を何ら制限するものではない。
(Fifteenth embodiment)
Next, a fifteenth embodiment is described.
In the fifteenth embodiment, a manufacturing method of the multilayer optical filter 10 will be described.
The multilayer optical filter 10 of the present invention stacks a self-similar multilayer structure by combining sputtering deposition and bias sputtering.
Thereby, a multilayer film is realized with high accuracy and functions as an optical filter exhibiting high transmission characteristics.
In order to stack a plurality of thin films without distortion in a self-similar manner, it is necessary to appropriately adjust the bias condition. For this purpose, the self-cloning technique is known as an excellent technique (for example, Japanese Patent No. 3325825).
Hereinafter, a method for producing the present optical filter by the self-cloning technique will be described.
However, the production method is not limited to the self-cloning method as long as a multilayer film structure having a curvature can be realized with high accuracy, and does not limit the realization of the present optical filter by other manufacturing methods.

まず多層膜のベースとなる構造を、基板上に電子ビームリソグラフィ、フォトリソグラフィ、干渉露光法、エッチングなどの技術により作製する。
エッチングは異方性ドライエッチングが好ましく、エッチングに用いるガスは四フッ化メタン(CF4)系のエッチングガスが好適である。
その他、六フッ化硫黄、トリフルオロメタン、二フッ化キセノンなども好適である。その他、電子ビームリソグラフィにより基本構造のナノスタンパを作製し、ナノインプリント技術により構造を転写しても構わない。
First, a structure serving as a base of a multilayer film is formed on a substrate by techniques such as electron beam lithography, photolithography, interference exposure, and etching.
Etching is preferably anisotropic dry etching, and a gas used for etching is preferably a tetrafluoromethane (CF 4 ) -based etching gas.
In addition, sulfur hexafluoride, trifluoromethane, xenon difluoride, and the like are also suitable. In addition, a nano stamper having a basic structure may be manufactured by electron beam lithography, and the structure may be transferred by a nano imprint technique.

次にフォトニック結晶(第1、第2誘電体層)を実現するために、低屈折率の媒質と高屈折率の媒質による積層構造をバイアススパッタリングとスパッタデポジションを組み合わせて交互に積層する。
ここで、可視波長帯域における低屈折率の媒質としては、酸化シリコン(SiO2)およびSiO2を主成分とする複合素材が好適である。
その他にフッ化マグネシウム(MgF2)なども低屈折率の媒質として用いることができる。高屈折率の媒質としては、窒化シリコン(Si3N4), 酸化チタン(TiO2), 酸化タンタル(Ta2O5), 酸化ジルコニウム(ZrO2), 酸化ニオブ(Nb2O5), 酸化ハフニウム(HfO2)などの酸化物、窒化物が好ましい。
また、近赤外線波長域を透過させる光学素子として本フィルタを用いる場合は、Si, Geなどを用いることができる。
これらの低屈折率素材と高屈折率素材を、基本構造を保ちながら透過させる光の波長λの1/4の光学膜厚で交互に積層させる。
Next, in order to realize a photonic crystal (first and second dielectric layers), a laminated structure of a low refractive index medium and a high refractive index medium is alternately laminated by combining bias sputtering and sputter deposition.
Here, as a medium having a low refractive index in the visible wavelength band, a composite material mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ) and SiO 2 is suitable.
In addition, magnesium fluoride (MgF 2 ) can also be used as a low refractive index medium. High refractive index media include silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium oxide (TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), oxidation Oxides and nitrides such as hafnium (HfO 2 ) are preferable.
In addition, when this filter is used as an optical element that transmits the near-infrared wavelength region, Si, Ge, or the like can be used.
These low-refractive index materials and high-refractive index materials are alternately stacked with an optical film thickness that is ¼ of the wavelength λ of light that is transmitted while maintaining the basic structure.

バイアススパッタリングにより自己相似的な構造を実装する方法を示す。
ここで、バイアススパッタリングとは、スパッタリングによる成膜とスパッタエッチングを同時に進行させるプロセスを示す。
図23は、バイアススパッタリング装置の概略を示す説明図である。
基板1805は、インピーダンス整合器1802を介して高周波電源1801に接続される。またターゲット1806も同様にインピーダンス整合器1804を介して高周波電源1803に接続される。
ここで高周波電源とは、一般に13.56MHzであることが多い。真空デュワー1807中には、不活性ガス(たとえばArガス)を主成分とする混合ガスを充填し、典型的には0.1〜10mTorr程度のガス圧力が好適である。
ターゲット1806および基板1805に高周波電源を供給することでプラズマを生成させる。
ターゲット1806に交流電圧を印加することで、探針特性の非線形性による直流バイアス(自己バイアス効果)がかかりターゲット1806は時間平均で負電位になる。
したがって正電荷を持つ気体イオンは電位差による運動エネルギーを獲得してターゲット1806に衝突する。
この反応によりターゲット物質の表面の原子・分子が飛散し、その物質粒子が基板1805に付着して基板上に薄膜が積層される。
A method for implementing a self-similar structure by bias sputtering is shown.
Here, bias sputtering refers to a process in which film formation by sputtering and sputter etching proceed simultaneously.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an outline of a bias sputtering apparatus.
The substrate 1805 is connected to the high frequency power supply 1801 through the impedance matching unit 1802. Similarly, the target 1806 is connected to the high frequency power source 1803 via the impedance matching unit 1804.
Here, the high-frequency power source is generally often 13.56 MHz. The vacuum dewar 1807 is filled with a mixed gas mainly composed of an inert gas (for example, Ar gas), and a gas pressure of typically about 0.1 to 10 mTorr is suitable.
Plasma is generated by supplying high-frequency power to the target 1806 and the substrate 1805.
By applying an AC voltage to the target 1806, a DC bias (self-bias effect) due to the non-linearity of the probe characteristics is applied, and the target 1806 becomes a negative potential on a time average.
Accordingly, the positively charged gas ions acquire kinetic energy due to the potential difference and collide with the target 1806.
By this reaction, atoms / molecules on the surface of the target material are scattered, the substance particles adhere to the substrate 1805, and a thin film is laminated on the substrate.

一方で、基板1805にも高周波電源1801とインピーダンス整合器1802が接続されている。
そのため、基板1805に供給する電力、ガスの種類、圧力を調整することで、衝突するイオンの種類、運動エネルギーの大小、スパッタリングの効果を制御することができる。
スパッタリングによる成膜効果を伴わない、単独のスパッタエッチングを行う場合には、基板1805のみに高周波電源を供給すれば良い。
これらのプロセスにより整形された膜を形成し、所望の形状を維持・実現することができる。
なお、ここではスパッタリングとエッチングとを同時進行するバイアススパッタリングによる製造法を示したが、当然ながらスパッタリングにより成膜を行い、その後にドライエッチングやプラズマエッチング工程により整形する手順を踏んでも構わない。
On the other hand, a high frequency power source 1801 and an impedance matching unit 1802 are also connected to the substrate 1805.
Therefore, by adjusting the power supplied to the substrate 1805, the type of gas, and the pressure, the type of ions that collide, the magnitude of kinetic energy, and the effect of sputtering can be controlled.
In the case of performing independent sputter etching without the film formation effect by sputtering, a high frequency power source may be supplied only to the substrate 1805.
A film shaped by these processes can be formed, and a desired shape can be maintained and realized.
Note that although a manufacturing method by bias sputtering in which sputtering and etching proceed simultaneously is shown here, naturally, film formation by sputtering may be performed, and then a procedure for shaping by dry etching or plasma etching may be followed.

自己クローニング法により自己相似的な形状を3次元的に高精度で整形できる理由は、(1)ターゲットからの中性粒子の分散入射による堆積、(2)Arイオンの垂直入射によるスパッタエッチング、(3)堆積粒子の再付着の3つの作用で説明できる。
微細構造を有する多層膜を成膜する場合を考える。
成膜に用いられる入射粒子は有限の広がりを持って基板に衝突するので、基板が急峻な凹凸構造を有する場合は、凹部は凸部によって部分的に遮蔽される効果が発生する。
そのため凹部の底には屈曲(キンク)が生じてしまう。
一方、成膜には空間から粒子が直接入射する成分(1次効果)と、膜に一端付着もしくは衝突した粒子がスパッタエッチングや反跳により飛び出し、その膜粒子もしくはエッチングガス粒子が再度入射する成分とがあると考えられている(2次効果)。
これらの2次効果の影響は凸部よりも凹部で顕著であるので、前述の遮蔽効果を打ち消す要因となる。このように上記3つの作用のバランスを最適化することで、定常的な構造を維持しながら多数膜構造を精度よく実現することができる。
The reason why self-similar shapes can be shaped three-dimensionally with high accuracy by the self-cloning method is as follows: (1) Deposition by neutral incidence of neutral particles from the target, (2) Sputter etching by perpendicular incidence of Ar ions, 3) This can be explained by the three actions of reattachment of deposited particles.
Consider the case of forming a multilayer film having a fine structure.
Since the incident particles used for film formation collide with the substrate with a finite extent, when the substrate has a steep concavo-convex structure, the concave portion is partially shielded by the convex portion.
As a result, the bottom of the recess is bent (kinked).
On the other hand, for film formation, a component in which particles are directly incident from the space (primary effect), and a component that has adhered to or collided with the film is ejected by sputter etching or recoil, and the film particles or etching gas particles are incident again. It is thought that there is a (secondary effect).
Since the influence of these secondary effects is more conspicuous in the concave portion than in the convex portion, it becomes a factor that cancels the above-described shielding effect. In this way, by optimizing the balance of the three actions, a multi-layer structure can be realized with high accuracy while maintaining a steady structure.

ここで、多層膜の作製条件の一例は、たとえば以下のようなパラメータが好適である。
Si3N4層の成膜では、ガス圧=0.3[Pa]、ターゲット1806への印加高周波電力は300〜400[W]。
SiO2層の成膜には、ガス圧=0.8[Pa]、ターゲット1806への印加高周波電力は300〜400[W]。
スパッタエッチングはSiO2層の成膜前後に行い、ガス圧0.3[Pa]、基板1805への印加高周波電力は、50〜100[W]程度。
上記の条件はあくまで一例であり、多層膜を構成する媒質、ガス圧、印加電力、ガス流量などによって調整が必要である。
Here, as an example of the conditions for producing the multilayer film, the following parameters are suitable, for example.
In the film formation of the Si 3 N 4 layer, the gas pressure is 0.3 [Pa], and the high frequency power applied to the target 1806 is 300 to 400 [W].
For forming the SiO2 layer, the gas pressure is 0.8 [Pa], and the high frequency power applied to the target 1806 is 300 to 400 [W].
Sputter etching is performed before and after the SiO 2 layer is formed. The gas pressure is 0.3 [Pa], and the high frequency power applied to the substrate 1805 is about 50 to 100 [W].
The above conditions are merely examples, and adjustment is necessary depending on the medium constituting the multilayer film, gas pressure, applied power, gas flow rate, and the like.

なお、本発明の多層膜光学フィルタ10の球面状部20を構成する多層膜は、急峻な凹凸変化は少ない構造であるので、自己クローニング法に限らずとも、通常のスパッタリングによる成膜と、エッチングによる加工を交互に繰り返すことでも作成可能である。
更に詳細な自己クローニング技術を用いたフォトニック結晶の作成方法に関しては、特許第3325825号で開示されている。
Note that the multilayer film constituting the spherical portion 20 of the multilayer optical filter 10 of the present invention has a structure with little steep unevenness, so that it is not limited to the self-cloning method, and film formation by normal sputtering and etching are performed. It can also be created by alternately repeating the processing by.
A more detailed photonic crystal production method using self-cloning technology is disclosed in Japanese Patent No. 3325825.

次に多層膜の間のスペーサ層の作製方法について概説する。
ここでは多層膜光学フィルタが3色のバンドパスフィルタを構成する場合、すなわち、多層膜光学フィルタの透過波長帯域がRGBである場合を示す。
まず3色成分に相当するバンドパスフィルタのスペーサ層のなかで、厚さが最大のスペーサ層(1)に相当する膜厚を成膜する。
次に成膜されたスペーサ層を第2の色成分に応じた膜厚(2)にするために、スペーサ層に第1のレジストを塗布し、相当する画素部分のみエッチングで膜厚を整える。
その後、第1のレジストを除去したうえで、第2のレジストを塗布し、第3の色成分に応じた膜厚(3)を得るためにエッチングを行う。
その後、第2のレジストを除去する。スペーサ層のエッチングは異方性ドライエッチングが好適である。
Next, a method for producing a spacer layer between multilayer films will be outlined.
Here, the case where the multilayer optical filter constitutes a bandpass filter of three colors, that is, the case where the transmission wavelength band of the multilayer optical filter is RGB is shown.
First, a film thickness corresponding to the spacer layer (1) having the maximum thickness among the spacer layers of the bandpass filter corresponding to the three color components is formed.
Next, in order to make the deposited spacer layer have a thickness (2) corresponding to the second color component, a first resist is applied to the spacer layer, and the thickness of the corresponding pixel portion is adjusted by etching.
Thereafter, after removing the first resist, the second resist is applied, and etching is performed to obtain a film thickness (3) corresponding to the third color component.
Thereafter, the second resist is removed. For the etching of the spacer layer, anisotropic dry etching is suitable.

スペーサ層を異なる屈折率を有する媒質で実現する場合は、例えばSiO2, Si3N4, TiO2など異なる複数種類のスペーサ層をスパッタリングにより成膜し、エッチングにより膜厚を整えることで実現できる。
更に、スペーサ層を低屈折率媒質と高屈折率媒質とのサブ波長スケール周期構造で実現する場合は、低屈折率部分のスペーサ層をスパッタリングにより成膜したうえで、サブ波長の周期構造に相当するマスクパターンのレジストを塗布し、エッチングを行う。
その上でレジストを除去し、次に高屈折率媒質をスパッタリングで成膜する。その後、エッチングにより層形状を整えることで、高屈折率媒質と低屈折率媒質のサブ波長構造を有するスペーサ層を実現する。
スペーサ層を実現したあとは、さらに上層にバイアススパッタリングによる多層膜を形成することで多層膜光学フィルタを実現できる。
When the spacer layer is realized by a medium having a different refractive index, for example, a plurality of different types of spacer layers such as SiO2, Si3N4, and TiO2 can be formed by sputtering and the film thickness can be adjusted by etching.
Furthermore, when the spacer layer is realized by a sub-wavelength scale periodic structure of a low refractive index medium and a high refractive index medium, the spacer layer of the low refractive index portion is formed by sputtering and corresponds to the periodic structure of the sub wavelength. A mask pattern resist to be applied is applied and etched.
Then, the resist is removed, and then a high refractive index medium is formed by sputtering. Thereafter, the spacer layer having a sub-wavelength structure of a high refractive index medium and a low refractive index medium is realized by adjusting the layer shape by etching.
After the spacer layer is realized, a multilayer optical filter can be realized by forming a multilayer film by bias sputtering as an upper layer.

(第16の実施の形態)
次に第16の実施の形態について説明する。
第16の実施の形態では、本発明の多層膜光学フィルタ10を設けた固体撮像素子8を、デジタルスチルカメラなどの撮像装置に適用した場合について図24を参照して説明する。
図24に示すように、撮像装置400は、撮像光学系300、撮像部310、システムコントロール部320、駆動制御部330、メモリ媒体340、走査パネル部350、ディスプレイ360などを含んでいる。
(Sixteenth embodiment)
Next, a sixteenth embodiment will be described.
In the sixteenth embodiment, a case where the solid-state imaging device 8 provided with the multilayer optical filter 10 of the present invention is applied to an imaging apparatus such as a digital still camera will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 24, the imaging apparatus 400 includes an imaging optical system 300, an imaging unit 310, a system control unit 320, a drive control unit 330, a memory medium 340, a scanning panel unit 350, a display 360, and the like.

撮像光学系300は、鏡筒内に配置されたズームレンズ301や絞り機構302等を含み、イメージセンサの受光部に被写体像を結像させるものである。
撮像光学系300は、システムコントロール部320の指示に基づく駆動制御部330の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御が行われる。
The imaging optical system 300 includes a zoom lens 301, a diaphragm mechanism 302, and the like disposed in a lens barrel, and forms a subject image on a light receiving unit of an image sensor.
The imaging optical system 300 is mechanically driven by the control of the drive control unit 330 based on an instruction from the system control unit 320 to perform control such as autofocus.

撮像部310は、本発明の多層膜光学フィルタ10を備える固体撮像素子8を用いて被写体の撮像を行うものであり、撮像信号(画像信号)をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部320に出力する。
すなわち、撮像部310では、上述したイメージセンサの出力信号に対し、AGC(自動利得制御)、OB(オプティカルブラック)クランプ、CDS(相関二重サンプリング)、A/D変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
The imaging unit 310 performs imaging of a subject using the solid-state imaging device 8 including the multilayer optical filter 10 of the present invention, and outputs an imaging signal (image signal) to the system control unit 320 mounted on the main board. To do.
That is, the imaging unit 310 performs processing such as AGC (automatic gain control), OB (optical black) clamping, CDS (correlated double sampling), and A / D conversion on the output signal of the image sensor described above, and performs digital imaging. Generate and output a signal.

システムコントロール部320には、CPU321、ROM322、RAM323、DSP324、外部インターフェース325等が設けられている。
CPU321は、ROM322及びRAM323を用いて本撮像装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
DSP324は、撮像部310からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号(例えばYUV信号等)を生成する。
外部インターフェース325には、各種エンコーダやD/A変換器が設けられ、システムコントロール部320に接続される外部要素(本例では、ディスプレイ360、メモリ媒体340、操作パネル部350)との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
The system control unit 320 is provided with a CPU 321, a ROM 322, a RAM 323, a DSP 324, an external interface 325, and the like.
The CPU 321 uses the ROM 322 and the RAM 323 to send an instruction to each unit of the imaging apparatus and controls the entire system.
The DSP 324 performs various kinds of signal processing on the imaging signal from the imaging unit 310, thereby generating a still image or moving image video signal (for example, a YUV signal) in a predetermined format.
The external interface 325 is provided with various encoders and D / A converters, and with external elements (in this example, the display 360, the memory medium 340, and the operation panel unit 350) connected to the system control unit 320. Various control signals and data are exchanged.

メモリ媒体340は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ341に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体340としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部350は、本撮像装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、CPU321は、この操作パネル部350からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
ディスプレイ360は、本撮像装置に組み込まれた例えば液晶パネル等の小型表示器であり、撮像した画像を表示する。
The memory medium 340 can appropriately store images taken on, for example, various memory cards, and can replace the memory medium with the memory medium controller 341, for example. As the memory medium 340, in addition to various memory cards, a disk medium using magnetism or light can be used.
The operation panel unit 350 is provided with input keys for a user to give various instructions when performing a shooting operation with the imaging apparatus. The CPU 321 monitors an input signal from the operation panel unit 350, Various operation controls are executed based on the input contents.
The display 360 is a small display such as a liquid crystal panel incorporated in the imaging apparatus, and displays a captured image.

(第17の実施の形態)
次に第17の実施の形態について説明する。
第17の実施の形態では、本発明の多層膜光学フィルタ10を表示装置に適用した場合について図25を参照して説明する。
図25は、テレビジョン装置などの電子機器70の構成を示すブロック図である。
電子機器70は、表示装置60と、第1画像処理部71と、バッファーメモリ72と、第2画像処理部73と、画像圧縮部74と、ストレージ部75と、マイクロプロセッサ77と、バックライト制御部78と、タイミング制御部79とを含んで構成されている。
第1画像処理部71は入力信号を受け付けて所定の信号処理を行う。
バッファーメモリ72は画像処理部71から供給される画像信号を取り込む。
第2画像処理部73はバッファメモリ72から供給される画像信号を受け付けて所定の信号処理を行う。
画像圧縮部74は、バッファメモリ72から供給される画像信号を所定の圧縮方式で圧縮する。
ストレージ部75は、画像圧縮部74で圧縮された画像信号を記録媒体76に記録する。
バックライト制御部78は表示装置60のバックライト61の輝度を制御する。
タイミング制御部79は表示装置60の液晶パネル62の各画素を画像信号に基づいて変調する。
マイクロプロセッサ77は、ユーザーインターフェイス制御部80を介して供給される制御信号を受け付けて各部72、73、74、75、78、79を制御する。
(Seventeenth embodiment)
Next, a seventeenth embodiment will be described.
In the seventeenth embodiment, a case where the multilayer optical filter 10 of the present invention is applied to a display device will be described with reference to FIG.
FIG. 25 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device 70 such as a television device.
The electronic device 70 includes a display device 60, a first image processing unit 71, a buffer memory 72, a second image processing unit 73, an image compression unit 74, a storage unit 75, a microprocessor 77, and a backlight control. A unit 78 and a timing control unit 79 are included.
The first image processing unit 71 receives an input signal and performs predetermined signal processing.
The buffer memory 72 takes in the image signal supplied from the image processing unit 71.
The second image processing unit 73 receives the image signal supplied from the buffer memory 72 and performs predetermined signal processing.
The image compression unit 74 compresses the image signal supplied from the buffer memory 72 by a predetermined compression method.
The storage unit 75 records the image signal compressed by the image compression unit 74 on the recording medium 76.
The backlight control unit 78 controls the luminance of the backlight 61 of the display device 60.
The timing control unit 79 modulates each pixel of the liquid crystal panel 62 of the display device 60 based on the image signal.
The microprocessor 77 receives a control signal supplied via the user interface control unit 80 and controls each unit 72, 73, 74, 75, 78, 79.

表示装置60は、バックライト61、液晶パネル62、フィルタアレイ63を含んで構成されている。
バックライト61は白色光を液晶パネル62の背面に照射するものである。
液晶パネル62は、バックライト61によって照射される光を画素毎に変調するものである。
すなわち、バックライト61および液晶パネル62によって画素毎に輝度が変調された輝度画像を生成する輝度画像生成手段が構成されている。
フィルタアレイ63は、液晶パネル62によって変調された各画素の光をR,G,Bの各色の光に変換するものであり、本発明の多層膜光学フィルタ10によって構成されている。
すなわち、フィルタアレイ63は、前記輝度画像を形成する光を画素毎に予め設定された波長毎に選択的に透過させるものである。
したがって、バックライト61から照射された白色光が液晶パネル62によって画素毎に変調された輝度画像がフィルタアレイ63によってR,G,Bの各色の光に変換されることによりカラー画像が表示装置60によって表示される。
なお、輝度画像生成手段は、バックライト61および液晶パネル62で構成されるものに限定されるものではなく、画素毎に設けられた発光LEDによって構成されるなど従来公知のさまざまな構成が採用可能である。
The display device 60 includes a backlight 61, a liquid crystal panel 62, and a filter array 63.
The backlight 61 irradiates white light to the back surface of the liquid crystal panel 62.
The liquid crystal panel 62 modulates the light irradiated by the backlight 61 for each pixel.
That is, a luminance image generating unit is configured to generate a luminance image in which the luminance is modulated for each pixel by the backlight 61 and the liquid crystal panel 62.
The filter array 63 converts the light of each pixel modulated by the liquid crystal panel 62 into light of each color of R, G, B, and is constituted by the multilayer optical filter 10 of the present invention.
That is, the filter array 63 selectively transmits light forming the luminance image for each wavelength set in advance for each pixel.
Therefore, a luminance image obtained by modulating the white light emitted from the backlight 61 for each pixel by the liquid crystal panel 62 is converted into light of each color of R, G, and B by the filter array 63, whereby a color image is displayed on the display device 60. Is displayed.
Note that the luminance image generating means is not limited to the one configured by the backlight 61 and the liquid crystal panel 62, and various conventionally known configurations such as a light emitting LED provided for each pixel can be adopted. It is.

(第18の実施の形態)
次に第18の実施の形態について説明する。
第18の実施の形態では、本発明の多層膜光学フィルタ10を通信装置に適用した場合について図26を参照して説明する。
図26は、通信装置90の構成を示すブロック図である。
通信装置90は光信号を入出力することによって通信を行う装置である。
通信装置90は、光信号検出部91と、画像処理部92と、画像圧縮部93と、ストレージ部94と、マイクロプロセッサ95と、バッファーメモリ96と、ユーザーインターフェース制御部97と、LED光源制御部98と、光信号送信部99とを含んで構成されている。
光信号検出部91は、光信号を受信して電気信号としての画像信号に変換するものであり、光信号に含まれる光のうち特定の波長の光を選択的に透過させるフィルタを有しており、このフィルタとして本発明の多層膜光学フィルタ10が用いられる。
画像処理部92は、光信号検出部91から供給される画像信号を受け付けて所定の信号処理を行う。
画像圧縮部93は、画像処理部92から供給される画像信号を所定の圧縮方式で圧縮する。
ストレージ部94は、画像圧縮部93で圧縮された画像信号を記録媒体100に記録する。
バッファメモリ96は、画像処理部92から供給される画像信号を取り込む。
マイクロプロセッサ95は、ユーザーインターフェイス制御部97を介して供給される制御信号を受け付けて各部91、92、93、94、95、96、98を制御する。
LED光源制御部98は、マイクロプロセッサ95の制御に従って光信号送信部99に制御信号を供給する。
光信号送信部99は、LED光源制御部98から供給される制御信号に基づいて光源としてのLEDに電気信号を供給することでLED駆動し、光信号を送信させる。
光信号送信部99は、送信する光信号のうち特定の波長の光を選択的に透過させるフィルタを有しており、このフィルタとして本発明の多層膜光学フィルタ10が用いられる。
(Eighteenth embodiment)
Next, an eighteenth embodiment will be described.
In the eighteenth embodiment, a case where the multilayer optical filter 10 of the present invention is applied to a communication device will be described with reference to FIG.
FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration of the communication device 90.
The communication device 90 is a device that performs communication by inputting and outputting optical signals.
The communication device 90 includes an optical signal detection unit 91, an image processing unit 92, an image compression unit 93, a storage unit 94, a microprocessor 95, a buffer memory 96, a user interface control unit 97, and an LED light source control unit. 98 and an optical signal transmission unit 99.
The optical signal detection unit 91 receives an optical signal and converts it into an image signal as an electrical signal, and includes a filter that selectively transmits light of a specific wavelength among the light included in the optical signal. As this filter, the multilayer optical filter 10 of the present invention is used.
The image processing unit 92 receives the image signal supplied from the optical signal detection unit 91 and performs predetermined signal processing.
The image compression unit 93 compresses the image signal supplied from the image processing unit 92 by a predetermined compression method.
The storage unit 94 records the image signal compressed by the image compression unit 93 on the recording medium 100.
The buffer memory 96 takes in the image signal supplied from the image processing unit 92.
The microprocessor 95 receives a control signal supplied via the user interface control unit 97 and controls each unit 91, 92, 93, 94, 95, 96, 98.
The LED light source controller 98 supplies a control signal to the optical signal transmitter 99 according to the control of the microprocessor 95.
The optical signal transmission unit 99 drives the LED by supplying an electric signal to the LED as the light source based on the control signal supplied from the LED light source control unit 98, and transmits the optical signal.
The optical signal transmission unit 99 has a filter that selectively transmits light of a specific wavelength among optical signals to be transmitted, and the multilayer optical filter 10 of the present invention is used as this filter.

8……固体撮像素子、10……多層膜光学フィルタ、12……第1誘電体層、14……第2誘電体層、20……球面状部、60……表示装置、90……通信装置、400……撮像装置。   8 ... Solid-state imaging device, 10 ... Multilayer optical filter, 12 ... First dielectric layer, 14 ... Second dielectric layer, 20 ... Spherical portion, 60 ... Display device, 90 ... Communication Device, 400...

Claims (19)

屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、
積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている、
多層膜光学フィルタ。
It is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes, and includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength,
Each optical film thickness of the first dielectric and the second dielectric adjacent in the direction of lamination is formed to be 1/4 of the wavelength of the selectively transmitted light,
At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is that each of the first dielectric layer and the second dielectric layer is , Formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are stacked.
Multilayer optical filter.
前記球面状部において、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層が沿う前記球面は、同一の曲率である、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
In the spherical portion, the spherical surfaces along which the first dielectric layer and the second dielectric layer are aligned have the same curvature.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記球面状部において、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層が沿う前記球面の中心は同一である、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
In the spherical portion, the center of the spherical surface along which the first dielectric layer and the second dielectric layer are aligned is the same.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記多層膜の厚さ方向の中間部に、前記第1誘電体層あるいは前記第2誘電体層に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層が設けられている、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
A spacer layer made of a dielectric is provided in place of the first dielectric layer or the second dielectric layer at an intermediate portion in the thickness direction of the multilayer film.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記球面状部を除いた前記多層膜の残りの部分は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが平行して積層される平面状部として形成されている、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
The remaining part of the multilayer film excluding the spherical portion is formed as a planar portion in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated in parallel.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記球面状部を除いた前記多層膜の残りの部分は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが平行して積層される平面状部として形成され、
前記球面状部と平面上部との間に誘電体からなるスペーサ層が設けられている、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
The remaining part of the multilayer film excluding the spherical part is formed as a planar part in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated in parallel.
A spacer layer made of a dielectric is provided between the spherical portion and the upper surface of the plane.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記球面状部は該球面状部を透過する光を収束するパワーを有するレンズとして機能する、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
The spherical portion functions as a lens having a power to converge light transmitted through the spherical portion,
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記球面状部は該球面状部を透過する光を発散するパワーを有するレンズとして機能する、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
The spherical portion functions as a lens having a power to diverge light transmitted through the spherical portion,
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記多層膜は、前記第1誘電体層と第2誘電体層とが積層される方向に対して交差する方向に並べられて複数設けられ、
前記複数の多層膜の厚さ方向の中間部に、前記第1誘電体層あるいは前記第2誘電体層に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層が設けられ、
前記スペーサ層は、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる光学膜厚で形成されている、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
A plurality of the multilayer films are provided side by side in a direction intersecting with a direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated,
A spacer layer made of a dielectric material is provided in place of the first dielectric layer or the second dielectric layer at an intermediate portion in the thickness direction of the plurality of multilayer films,
The spacer layer is formed with an optical film thickness determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記各多層膜を構成する前記第1誘電体層の数と前記第2誘電体層の数は同一であり、
隣り合う多層膜の間にギャップが設けられ、
前記各多層膜に設けられる前記スペーサ層の厚さは互いに異なっており、
隣り合う多層膜の前記第1誘電体層どうし、および、前記第2誘電体層どうしは、前記ギャップ内において直線状に接続され、あるいは、曲線状に接続されている、
請求項9記載の多層膜光学フィルタ。
The number of the first dielectric layers and the number of the second dielectric layers constituting each multilayer film are the same,
A gap is provided between adjacent multilayer films,
The thickness of the spacer layer provided in each multilayer film is different from each other,
The first dielectric layers and the second dielectric layers of the adjacent multilayer films are connected in a straight line within the gap, or connected in a curved line.
The multilayer optical filter according to claim 9.
前記各多層膜に設けられる前記スペーサ層の厚さは互いに異なっており、
前記各多層膜は、前記球面の突出方向の先端に位置する前記第1誘電体層あるいは第2誘電体層の表面に設けられ互いに高さの異なる高さ調整層を備え、
前記各多層膜の前記高さ調整層の表面は同一の高さに設けられている、
請求項9記載の多層膜光学フィルタ。
The thickness of the spacer layer provided in each multilayer film is different from each other,
Each of the multilayer films includes a height adjustment layer provided on the surface of the first dielectric layer or the second dielectric layer located at the tip in the protruding direction of the spherical surface and having a height different from each other.
The surface of the height adjusting layer of each multilayer film is provided at the same height,
The multilayer optical filter according to claim 9.
前記各多層膜に設けられる前記スペーサ層の厚さは互いに異なっており、
前記球面の突出方向における高さが最も大きい前記多層膜を除いた残りの多層膜に、前記球面の突出方向の先端に位置する前記第1誘電体層あるいは第2誘電体層の表面に設けられ互いに高さの異なる高さ調整層が設けられ、
前記球面の突出方向における高さが最も大きい前記多層膜の表面と、前記多層膜の前記高さ調整層の表面は同一の高さに設けられている、
請求項9記載の多層膜光学フィルタ。
The thickness of the spacer layer provided in each multilayer film is different from each other,
The remaining multilayer film excluding the multilayer film having the largest height in the protruding direction of the spherical surface is provided on the surface of the first dielectric layer or the second dielectric layer located at the tip in the protruding direction of the spherical surface. Height adjustment layers with different heights are provided,
The surface of the multilayer film having the largest height in the protruding direction of the spherical surface and the surface of the height adjustment layer of the multilayer film are provided at the same height.
The multilayer optical filter according to claim 9.
前記多層膜の厚さ方向の中間部に、前記第1誘電体層あるいは前記第2誘電体層に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層が設けられ、
前記スペーサ層は、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有している、
請求項1記載の多層膜光学フィルタ。
A spacer layer made of a dielectric is provided in place of the first dielectric layer or the second dielectric layer in the intermediate portion in the thickness direction of the multilayer film,
The spacer layer has a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits.
The multilayer optical filter according to claim 1.
前記多層膜は、前記第1誘電体層と第2誘電体層とが積層される方向に対して交差する方向に並べられて複数設けられ、
前記各多層膜の厚さ方向の中間部に、前記第1誘電体層あるいは前記第2誘電体層に置き換えて、誘電体からなるスペーサ層が設けられ、
前記スペーサ層は、各多層膜が選択的に透過させる光の特定波長で定められる屈折率を有し、
隣接する前記多層膜において、前記各スペーサ層は、それらスペーサ層の物理的な膜厚が同一となるように形成されている、
請求項13記載の多層膜光学フィルタ。
A plurality of the multilayer films are provided side by side in a direction intersecting with a direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated,
A spacer layer made of a dielectric material is provided in place of the first dielectric layer or the second dielectric layer at the intermediate portion in the thickness direction of each multilayer film,
The spacer layer has a refractive index determined by a specific wavelength of light that each multilayer film selectively transmits,
In the adjacent multilayer film, each of the spacer layers is formed so that the physical thicknesses of the spacer layers are the same.
The multilayer optical filter according to claim 13.
前記スペーサ層は、互いに異なる屈折率を有し、かつ、透過する電磁波波長よりも小さい寸法で2種類の媒質を、1次元にあるいは2次元に配置したサブ波長構造体で構成されている、
請求項4記載の多層膜光学フィルタ。
The spacer layer has a refractive index different from each other, and is composed of a sub-wavelength structure in which two types of media are arranged one-dimensionally or two-dimensionally with a size smaller than the wavelength of an electromagnetic wave to be transmitted.
The multilayer optical filter according to claim 4.
多層膜光学フィルタと、
前記多層膜光学フィルタを透過した光を光電変換する光電変換部とを備え、
前記多層膜光学フィルタは、
屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、
積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている、
固体撮像素子。
A multilayer optical filter;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light transmitted through the multilayer optical filter,
The multilayer optical filter is:
It is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes, and includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength,
Each optical film thickness of the first dielectric and the second dielectric adjacent in the direction of lamination is formed to be 1/4 of the wavelength of the selectively transmitted light,
At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is that each of the first dielectric layer and the second dielectric layer is , Formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are stacked.
Solid-state image sensor.
固体撮像素子を有する撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、
前記固体撮像素子は、
多層膜光学フィルタと、
前記多層膜光学フィルタを透過した光を光電変換する光電変換部とを備え、
前記多層膜光学フィルタは、
屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、
積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている、
撮像装置。
An imaging unit having a solid-state imaging device, a control unit for controlling the imaging unit, and an operation unit for operating the imaging unit,
The solid-state imaging device is
A multilayer optical filter;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light transmitted through the multilayer optical filter,
The multilayer optical filter is:
It is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes, and includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength,
Each optical film thickness of the first dielectric and the second dielectric adjacent in the direction of lamination is formed to be 1/4 of the wavelength of the selectively transmitted light,
At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is that each of the first dielectric layer and the second dielectric layer is , Formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are stacked.
Imaging device.
画素毎に輝度が変調された輝度画像を生成する輝度画像生成手段と、
前記輝度画像を形成する光を画素毎に予め設定された波長毎に選択的に透過させるフィルタアレイとを備え、
前記フィルタアレイは、多層膜光学フィルタによって構成され、
前記多層膜光学フィルタは、
屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、
積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている、
表示装置。
Luminance image generation means for generating a luminance image in which the luminance is modulated for each pixel;
A filter array that selectively transmits the light forming the luminance image for each wavelength set in advance for each pixel;
The filter array is constituted by a multilayer optical filter,
The multilayer optical filter is:
It is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes, and includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength,
Each optical film thickness of the first dielectric and the second dielectric adjacent in the direction of lamination is formed to be 1/4 of the wavelength of the selectively transmitted light,
At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is that each of the first dielectric layer and the second dielectric layer is , Formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are stacked.
Display device.
光信号を送信する光信号送信部および光信号を受信する光信号検出部の少なくとも一方を備え、
前記少なくとも一方の前記光信号送信部または前記光信号検出部は、前記光信号に含まれる光のうち特定の波長の光を選択的に透過させるフィルタを有し、
前記フィルタは、多層膜光学フィルタで構成され、
前記多層膜光学フィルタは、
屈折率が異なる第1誘電体層と第2誘電体層とが交互に積層されることによって構成され、特定の波長の光を選択的に透過させる多層膜を含んで構成され、
積層される方向で隣り合う前記第1誘電体および前記第2誘電体のそれぞれの光学膜厚が、前記選択的に透過させる光の波長の1/4となるように形成され、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層とが積層される方向である前記多層膜の厚さ方向の少なくとも一部は、前記第1誘電体層および前記第2誘電体層のそれぞれが、それらの積層される方向において同一方向に凸状を呈する球面に沿って形成された球面状部として形成されている、
通信装置。
Comprising at least one of an optical signal transmitter for transmitting an optical signal and an optical signal detector for receiving an optical signal;
The at least one of the optical signal transmission unit or the optical signal detection unit has a filter that selectively transmits light of a specific wavelength among light included in the optical signal,
The filter is composed of a multilayer optical filter,
The multilayer optical filter is:
It is configured by alternately laminating first dielectric layers and second dielectric layers having different refractive indexes, and includes a multilayer film that selectively transmits light of a specific wavelength,
Each optical film thickness of the first dielectric and the second dielectric adjacent in the direction of lamination is formed to be 1/4 of the wavelength of the selectively transmitted light,
At least part of the thickness direction of the multilayer film, which is the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are laminated, is that each of the first dielectric layer and the second dielectric layer is , Formed as a spherical portion formed along a spherical surface having a convex shape in the same direction in the direction in which they are stacked.
Communication device.
JP2009168415A 2009-07-17 2009-07-17 Multilayer optical filter, solid-state imaging device, imaging device, display device, communication device Expired - Fee Related JP5332996B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009168415A JP5332996B2 (en) 2009-07-17 2009-07-17 Multilayer optical filter, solid-state imaging device, imaging device, display device, communication device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009168415A JP5332996B2 (en) 2009-07-17 2009-07-17 Multilayer optical filter, solid-state imaging device, imaging device, display device, communication device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011022432A true JP2011022432A (en) 2011-02-03
JP5332996B2 JP5332996B2 (en) 2013-11-06

Family

ID=43632549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009168415A Expired - Fee Related JP5332996B2 (en) 2009-07-17 2009-07-17 Multilayer optical filter, solid-state imaging device, imaging device, display device, communication device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5332996B2 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8823123B2 (en) 2011-12-20 2014-09-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state image sensor
KR20150009764A (en) * 2013-07-17 2015-01-27 엘지이노텍 주식회사 Optical filter and camera module for comprising the same
KR20150111991A (en) * 2013-01-29 2015-10-06 제이디에스 유니페이즈 코포레이션 A variable optical filter and a wavelength-selective sensor based thereon
US9202850B2 (en) 2013-08-12 2015-12-01 Samsung Display Co., Ltd. Organic light-emitting display apparatus
JP2015215351A (en) * 2014-05-09 2015-12-03 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Spectro-sensor and spectrometer employing the same
JP2016058749A (en) * 2015-11-27 2016-04-21 ソニー株式会社 Imaging element
WO2016199594A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and electronic device
WO2017026358A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 カナレ電気株式会社 Wavelength-locked beam coupling-type semiconductor laser light source
WO2018193727A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 ソニーモバイルコミュニケーションズ株式会社 Solid-state imaging apparatus and information processing apparatus
JP2020008590A (en) * 2014-05-09 2020-01-16 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Spectral sensor and spectrometer employing the same
US10886337B2 (en) 2014-08-20 2021-01-05 Sony Corporation Display device and electronic apparatus
EP3640987A4 (en) * 2017-06-15 2021-04-28 Nikon Corporation Imaging element, imaging device and imaging method
US11450706B2 (en) 2017-10-31 2022-09-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Structural body, imaging device and method for manufacturing the structural body

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180621A (en) * 1998-12-14 2000-06-30 Sony Corp On-chip color filter and solid image pick-up element using the same
JP2006351801A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging device and camera

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180621A (en) * 1998-12-14 2000-06-30 Sony Corp On-chip color filter and solid image pick-up element using the same
JP2006351801A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging device and camera

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8823123B2 (en) 2011-12-20 2014-09-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state image sensor
KR102401136B1 (en) 2013-01-29 2022-05-24 비아비 솔루션즈 아이엔씨. A variable optical filter and a wavelength­selective sensor based thereon
KR20150111991A (en) * 2013-01-29 2015-10-06 제이디에스 유니페이즈 코포레이션 A variable optical filter and a wavelength-selective sensor based thereon
KR20190095543A (en) * 2013-01-29 2019-08-14 비아비 솔루션즈 아이엔씨. A variable optical filter and a wavelength­selective sensor based thereon
KR102009739B1 (en) 2013-01-29 2019-08-12 비아비 솔루션즈 아이엔씨. A variable optical filter and a wavelength­selective sensor based thereon
KR20150009764A (en) * 2013-07-17 2015-01-27 엘지이노텍 주식회사 Optical filter and camera module for comprising the same
KR102076803B1 (en) * 2013-07-17 2020-02-12 엘지이노텍 주식회사 Optical filter and camera module for comprising the same
US9202850B2 (en) 2013-08-12 2015-12-01 Samsung Display Co., Ltd. Organic light-emitting display apparatus
JP2015215351A (en) * 2014-05-09 2015-12-03 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Spectro-sensor and spectrometer employing the same
JP2020008590A (en) * 2014-05-09 2020-01-16 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Spectral sensor and spectrometer employing the same
US10886337B2 (en) 2014-08-20 2021-01-05 Sony Corporation Display device and electronic apparatus
CN107615485A (en) * 2015-06-10 2018-01-19 索尼公司 Solid state image pickup device and electronic equipment
WO2016199594A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and electronic device
US10425624B2 (en) 2015-06-10 2019-09-24 Sony Corporation Solid-state image capturing device and electronic device
WO2017026358A1 (en) * 2015-08-07 2017-02-16 カナレ電気株式会社 Wavelength-locked beam coupling-type semiconductor laser light source
JP2016058749A (en) * 2015-11-27 2016-04-21 ソニー株式会社 Imaging element
EP3614435A4 (en) * 2017-04-21 2020-04-22 Sony Mobile Communications Inc. Solid-state imaging apparatus and information processing apparatus
JP2018182255A (en) * 2017-04-21 2018-11-15 ソニーモバイルコミュニケーションズ株式会社 Solid-state imaging apparatus and information processing apparatus
US11265520B2 (en) 2017-04-21 2022-03-01 Sony Mobile Communications Inc. Solid-state imaging device and information processing device
WO2018193727A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 ソニーモバイルコミュニケーションズ株式会社 Solid-state imaging apparatus and information processing apparatus
EP3640987A4 (en) * 2017-06-15 2021-04-28 Nikon Corporation Imaging element, imaging device and imaging method
US11450706B2 (en) 2017-10-31 2022-09-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Structural body, imaging device and method for manufacturing the structural body

Also Published As

Publication number Publication date
JP5332996B2 (en) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5332996B2 (en) Multilayer optical filter, solid-state imaging device, imaging device, display device, communication device
TWI472023B (en) Imaging device and imaging apparatus
KR101253006B1 (en) Optical filter
US8792027B2 (en) Solid-state image pickup device, imaging device, and dispersing element
JP5164509B2 (en) Photoelectric conversion device, photoelectric conversion device for visible light, and imaging system using them
WO2017090437A1 (en) Camera module and electronic device
CN106412389A (en) Sensor assembly with selective infrared filter array
JP2018525684A (en) LAMINATED LENS STRUCTURE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5947217B2 (en) Color separation filter array, solid-state imaging device, imaging device, and display device
WO2016158128A1 (en) Light detecting device and imaging device
WO2021070305A1 (en) Spectral element array, imaging element, and imaging device
US8848092B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP2022189734A (en) Camera module, electronic device and vehicle instrument
US11856280B2 (en) Image capturing module
JP7231869B2 (en) Imaging element and imaging device
JP2007304573A (en) Near ultraviolet ray and infrared ray blocking filter, birefringent plate with near ultraviolet ray and infrared ray blocking filter, optical low pass filter and imaging apparatus
JP7364066B2 (en) Imaging device and imaging device
He et al. Multispectral Image Sensors Using Metasurfaces
JP2005101109A (en) Solid-state image pickup device, its manufacturing method, image storing device, and image transmission device
JP2005142429A (en) Solid-state imaging device and its manufacturing method
WO2022113363A1 (en) Optical element, imaging element, and imaging device
JP2005064385A (en) Imaging element and digital camera equipped with the imaging element
JP2010258114A (en) Solid-state imaging element
JPH06214115A (en) Image pickup device
JP2012151421A (en) Image sensing device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130326

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130715

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees