JP2019113604A - 電磁波処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リップルを抑制する。【解決手段】光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜とを備え、狭帯域フィルタは、段差がある形状で形成されている。段差は、１光電変換素子毎に形成されている。または段差は、光電変換素子間であり、層間膜内に形成されている。本技術は、プラズモンフィルタやファブリーペロー干渉計を用いた撮像素子やセンサに適用できる。【選択図】図２８

Description

本技術は、電磁波処理装置に関し、例えば、狭い波長帯域の光を検出する場合に用いて好適な電磁波処理装置に関する。
従来、プラズモンフィルタを用いて、所定の狭い波長帯域（狭帯域）の光（以下、狭帯域光とも称する）を検出する撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−１６５７１８号公報
プラズモンフィルタには、金属製の導体薄膜が形成されている。この導体薄膜は反射率が高いため、透過帯域以外の波長の光を反射しやすい。このため、入射光が多重反射され、分光のリップル特性が悪化してしまう可能性があった
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、リップル特性が悪化することを防ぐことができるようにするものである。
本技術の一側面の第１の電磁波処理装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜とを備え、前記狭帯域フィルタは、段差がある形状で形成されている。
本技術の一側面の第２の電磁波処理装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、前記層間膜に形成された導波路とを備える。
本技術の一側面の第３の電磁波処理装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、前記層間膜に形成されたレンズとを備える。
本技術の一側面の第４の電磁波処理装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間であり、かつ前記光電変換素子間の前記層間膜に形成された金属壁とを備える。
本技術の一側面の第５の電磁波処理装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記狭帯域フィルタの光入射側に形成された層間膜とを備え、前記光電変換素子の前記光入射面側、前記光入射面と対向する面、および前記層間膜の界面の少なくとも１面に、凹凸の形状が形成されている。
本技術の一側面の第１の電磁波処理装置においては、光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜とが備えられ、狭帯域フィルタは、段差がある形状で形成されている。
本技術の一側面の第２の電磁波処理装置においては、光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、光電変換素子と狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、層間膜に形成された導波路とが備えられている。
本技術の一側面の第３の電磁波処理装置においては、光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、光電変換素子と狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、層間膜に形成されたレンズとが備えられている。
本技術の一側面の第４の電磁波処理装置においては、光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、光電変換素子と狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、光電変換素子と狭帯域フィルタとの間であり、かつ光電変換素子間の層間膜に形成された金属壁とが備えられている。
本技術の一側面の第５の電磁波処理装置においては、光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、狭帯域フィルタの光入射側に形成された層間膜とが備えられ、光電変換素子の光入射面側、光入射面と対向する面、および層間膜の界面の少なくとも１面に、凹凸の形状が形成されている。
本技術の一側面によれば、リップル特性が悪化することを防ぐことができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。 撮像素子の回路の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の第１の実施の形態の構成例を模式的に示す断面図である。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第１の例を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第２の例を示すグラフである。 プラズモンモードと導波管モードを示すグラフである。 表面プラズモンの伝搬特性の例を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの他の構成例を示す図である。 ２層構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。 ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。 ブルズアイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ファブリーペロー干渉計について説明するための図である。 プラズモンフィルタを備える画素の構成を示す図である。 リップルの発生について説明するための図である。 第１の実施の形態における画素の構成を示す図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 第１の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第１の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 プラズモンフィルタの段差の大きさについて説明するための図である。 プラズモンフィルタの段差の大きさについて説明するための図である。 プラズモンフィルタの段差の大きさについて説明するための図である。 プラズモンフィルタの平面の構成について説明するための図である。 プラズモンフィルタの平面図である。 プラズモンフィルタの平面図である。 第１の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第１の実施の形態を複数の画素に適用した場合の構成例を示す図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 第１の実施の形態を複数の画素に適用した場合の構成例を示す図である。 反射防止膜を備える理由について説明するための図である。 反射防止膜を備えた場合の画素の構成例を示す図である。 第２の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第２の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 導波路の形成領域について説明するための図である。 導波路の形成領域について説明するための図である。 第３の実施の形態における画素の構成を示す図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 第４の実施の形態における画素の構成を示す図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 第４の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第４の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第４の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の構成を示す図である。 リップルが抑制されることについて説明するための図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第５の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第６の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第７の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第７の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第７の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第８の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第９の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第９の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第１０の実施の形態における画素の構成を示す図である。 第１０の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第１０の実施の形態における画素の他の構成を示す図である。 第１１の実施の形態における画素の構成を示す図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。
＜撮像装置の構成例＞
図１は、本技術を適用した電子機器の一種である撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
図１の撮像装置１０は、例えば、静止画及び動画のいずれも撮像することが可能なデジタルカメラからなる。また、撮像装置１０は、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）の３つの波長帯域（３バンド）より多い４以上の波長帯域（４バンド以上）の光（マルチスペクトル）を検出可能なマルチスペクトルカメラからなる。
撮像装置１０は、光学系１１、撮像素子１２、メモリ１３、信号処理部１４、出力部１５、及び、制御部１６を備える。
光学系１１は、例えば、図示せぬズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り等を備え、外部からの光を、撮像素子１２に入射させる。また、光学系１１には、必要に応じて偏光フィルタ等の各種のフィルタが設けられる。
撮像素子１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサからなる。撮像素子１２は、光学系１１からの入射光を受光し、光電変換を行って、入射光に対応する画像データを出力する。
メモリ１３は、撮像素子１２が出力する画像データを一時的に記憶する。
信号処理部１４は、メモリ１３に記憶された画像データを用いた信号処理（例えば、ノイズの除去、ホワイトバランスの調整等の処理）を行い、出力部１５に供給する。
出力部１５は、信号処理部１４からの画像データを出力する。例えば、出力部１５は、液晶等で構成されるディスプレイ（不図示）を有し、信号処理部１４からの画像データに対応するスペクトル（画像）を、いわゆるスルー画として表示する。例えば、出力部１５は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体を駆動するドライバ（不図示）を備え、信号処理部１４からの画像データを記録媒体に記録する。例えば、出力部１５は、図示せぬ外部の装置との通信を行う通信インタフェースとして機能し、信号処理部１４からの画像データを、外部の装置に無線又は有線で送信する。
制御部１６は、ユーザの操作等に従い、撮像装置１０の各部を制御する。
＜撮像素子の回路の構成例＞
図２は、図１の撮像素子１２の回路の構成例を示すブロック図である。
撮像素子１２は、画素アレイ部３１、行走査回路３２、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３３、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）３４、カラムＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路３５、列走査回路３６、及び、センスアンプ３７を備える。
画素アレイ部３１には、複数の画素５１が２次元に配列されている。
画素５１は、行走査回路３２に接続される水平信号線Ｈと、カラムＡＤＣ回路３５に接続される垂直信号線Ｖとが交差する点にそれぞれ配置されており、光電変換を行うフォトダイオード６１と、蓄積された信号を読み出すための数種類のトランジスタを備える。すなわち、画素５１は、図２の右側に拡大して示されているように、フォトダイオード６１、転送トランジスタ６２、フローティングディフュージョン６３、増幅トランジスタ６４、選択トランジスタ６５、及び、リセットトランジスタ６６を備える。
フォトダイオード６１に蓄積された電荷は、転送トランジスタ６２を介してフローティングディフュージョン６３に転送される。フローティングディフュージョン６３は、増幅トランジスタ６４のゲートに接続されている。画素５１が信号の読み出しの対象となると、行走査回路３２から水平信号線Ｈを介して選択トランジスタ６５がオンにされ、選択された画素５１の信号は、増幅トランジスタ６４をソースフォロワ（Source Follower）駆動することで、フォトダイオード６１に蓄積された電荷の蓄積電荷量に対応する画素信号として、垂直信号線Ｖに読み出される。また、画素信号はリセットトランジスタ６６をオンすることでリセットされる。
行走査回路３２は、画素アレイ部３１の画素５１の駆動（例えば、転送、選択、リセット等）を行うための駆動信号を、行ごとに順次、出力する。
ＰＬＬ３３は、外部から供給されるクロック信号に基づいて、撮像素子１２の各部の駆動に必要な所定の周波数のクロック信号を生成して出力する。
ＤＡＣ３４は、所定の電圧値から一定の傾きで電圧が降下した後に所定の電圧値に戻る形状（略鋸形状）のランプ信号を生成して出力する。
カラムＡＤＣ回路３５は、比較器７１及びカウンタ７２を、画素アレイ部３１の画素５１の列に対応する個数だけ有しており、画素５１から出力される画素信号から、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）動作により信号レベルを抽出して、画素データを出力する。すなわち、比較器７１が、ＤＡＣ３４から供給されるランプ信号と、画素５１から出力される画素信号（輝度値）とを比較し、その結果得られる比較結果信号をカウンタ７２に供給する。そして、カウンタ７２が、比較器７１から出力される比較結果信号に応じて、所定の周波数のカウンタクロック信号をカウントすることで、画素信号がＡ／Ｄ変換される。
列走査回路３６は、カラムＡＤＣ回路３５のカウンタ７２に、順次、所定のタイミングで、画素データを出力させる信号を供給する。
センスアンプ３７は、カラムＡＤＣ回路３５から供給される画素データを増幅し、撮像素子１２の外部に出力する。
＜撮像素子の構成＞
図３は、図１の撮像素子１２の断面の構成例を模式的に示している。図３には、撮像素子１２の画素５１−１乃至画素５１−４の４画素分の断面が示されている。なお、以下、画素５１−１乃至画素５１−４を個々に区別する必要がない場合、単に画素５１と称する。
各画素５１においては、上から順に、オンチップマイクロレンズ１０１、層間膜１０２、狭帯域フィルタ層１０３、層間膜１０４、光電変換素子層１０５、及び、配線層１０６が積層されている。すなわち、撮像素子１２は、光電変換素子層１０５が配線層１０６より光の入射側に配置された裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサからなる。
オンチップマイクロレンズ１０１は、各画素５１の光電変換素子層１０５に光を集光するための光学素子である。
層間膜１０２及び層間膜１０４は、ＳｉＯ２等の誘電体からなる。後述するように、層間膜１０２及び層間膜１０４の誘電率は、できる限り低い方が望ましい。
狭帯域フィルタ層１０３には、所定の狭い波長帯域（狭帯域）の狭帯域光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタＮＢが各画素５１に設けられている。例えば、アルミニウム等の金属製の薄膜を用いた金属薄膜フィルタの一種であり、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタが、狭帯域フィルタＮＢに用いられる。また、狭帯域フィルタＮＢの透過帯域は、画素５１毎に設定される。狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の種類（バンド数）は任意であり、例えば、４以上に設定される。
ここで、狭帯域とは、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、又は、Ｂ（青）のカラーフィルタの透過帯域より狭い波長帯域のことである。また、以下、狭帯域フィルタＮＢを透過した狭帯域光を受光する画素を、マルチスペクトル画素又はＭＳ画素と称する。
光電変換素子層１０５は、例えば、図２のフォトダイオード６１等を備え、狭帯域フィルタ層１０３（狭帯域フィルタＮＢ）を透過した光（狭帯域光）を受光し、受光した光を電荷に変換する。また、光電変換素子層１０５は、各画素５１間が素子分離層により電気的に分離されて構成されている。
配線層１０６には、光電変換素子層１０５に蓄積された電荷を読み取るための配線等が設けられる。
＜プラズモンフィルタについて＞
次に、図４乃至図１５を参照して、狭帯域フィルタＮＢに用いることが可能なプラズモンフィルタについて説明する。
図４は、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１Ａの構成例を示している。
プラズモンフィルタ１２１Ａは、金属製の薄膜（以下、導体薄膜と称する）１３１Ａにホール１３２Ａがハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。
各ホール１３２Ａは、導体薄膜１３１Ａを貫通しており、導波管として作用する。一般的に導波管には、辺の長さや直径などの形状により決まる遮断周波数及び遮断波長が存在し、それ以下の周波数（それ以上の波長）の光は伝搬しないという性質がある。ホール１３２Ａの遮断波長は、主に開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。なお、開口径Ｄ１は透過させたい光の波長よりも小さい値に設定される。
一方、光の波長以下の短い周期でホール１３２Ａが周期的に形成されている導体薄膜１３１Ａに光が入射すると、ホール１３２Ａの遮断波長より長い波長の光を透過する現象が発生する。この現象をプラズモンの異常透過現象という。この現象は、導体薄膜１３１Ａとその上層の層間膜１０２との境界において表面プラズモンが励起されることによって発生する。
ここで、図５を参照して、プラズモンの異常透過現象（表面プラズモン共鳴）の発生条件について説明する。
図５は、表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。グラフの横軸は角波数ベクトルｋを示し、縦軸は角周波数ωを示している。ωpは導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数を示している。ωspは層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの境界面における表面プラズマ周波数を示しており、次式（１）により表される。
Figure 2019113604
εdは、層間膜１０２を構成する誘電体の誘電率を示している。
式（１）より、表面プラズマ周波数ωspは、プラズマ周波数ωpが高くなるほど高くなる。また、表面プラズマ周波数ωspは、誘電率εdが小さくなるほど、高くなる。
線Ｌ１は、光の分散関係（ライトライン）を示し、次式（２）で表される。
Figure 2019113604
ｃは、光速を示している。
線Ｌ２は、表面プラズモンの分散関係を表し、次式（３）で表される。
Figure 2019113604
εmは、導体薄膜１３１Ａの誘電率を示している。
線Ｌ２により表される表面プラズモンの分散関係は、角波数ベクトルｋが小さい範囲では、線Ｌ１で表されるライトラインに漸近し、角波数ベクトルｋが大きくなるにつれて、表面プラズマ周波数ωspに漸近する。
そして、次式（４）が成り立つとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。
Figure 2019113604
λは、入射光の波長を示している。θは、入射光の入射角を示している。Ｇx及びＧyは、次式（５）で表される。
｜Ｇx｜＝｜Ｇy｜＝２π／ａ0 ・・・（５）
ａ0は、導体薄膜１３１Ａのホール１３２Ａからなるホールアレイ構造の格子定数を示している。
式（４）の左辺は、表面プラズモンの角波数ベクトルを示し、右辺は、導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルを示している。従って、表面プラズモンの角波数ベクトルと導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルが等しくなるとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。そして、このときのλの値が、プラズモンの共鳴波長（プラズモンフィルタ１２１Ａの透過波長）となる。
なお、式（４）の左辺の表面プラズモンの角波数ベクトルは、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm及び層間膜１０２の誘電率εdにより決まる。一方、右辺のホールアレイ周期の角波数ベクトルは、光の入射角θ、及び、導体薄膜１３１Ａの隣接するホール１３２Ａ間のピッチ（ホールピッチ）Ｐ１により決まる。従って、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、光の入射角θ、及び、ホールピッチＰ１により決まる。なお、光の入射角が０°の場合、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、及び、ホールピッチＰ１により決まる。
従って、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）は、導体薄膜１３１Ａの材質及び膜厚、層間膜１０２の材質及び膜厚、ホールアレイのパターン周期（例えば、ホール１３２Ａ開口径Ｄ１及びホールピッチＰ１）等により変化する。特に、導体薄膜１３１Ａ及び層間膜１０２の材質及び膜厚が決まっている場合、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は、ホールアレイのパターン周期、特にホールピッチＰ１により変化する。すなわち、ホールピッチＰ１が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は短波長側にシフトし、ホールピッチＰ１が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は長波長側にシフトする。
図６は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。線Ｌ１１は、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１２は、ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１３は、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に青色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に緑色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に赤色の波長帯域の光を透過する。ただし、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、後述する導波管モードにより、赤色より低波長の帯域の光も多く透過する。
図７は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の他の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。この例では、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍから６２５ｎｍまで２５ｎｍ刻みで変化させた場合の１６種類のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示している。
なお、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過率は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１により決まる。開口径Ｄ１が大きくなるほど透過率が高くなる一方、混色が発生しやすくなる。一般的に、開口率がホールピッチＰ１の５０％〜６０％になるように開口径Ｄ１を設定することが望ましい。
また、上述したように、プラズモンフィルタ１２１Ａの各ホール１３２Ａは、導波管として作用する。従って、プラズモンフィルタ１２１Ａのホールアレイのパターンによっては、分光特性において、表面プラズモン共鳴により透過される波長成分（プラズモンモードにおける波長成分）だけでなく、ホール１３２Ａ（導波管）を透過する波長成分（導波管モードにおける波長成分）が大きくなる場合がある。
図８は、図６の線Ｌ１３により表される分光特性と同様に、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性を示している。この例において、６３０ｎｍ付近の遮断波長より長波長側がプラズモンモードにおける波長成分であり、遮断波長より短波長側が導波管モードにおける波長成分である。
上述したように、遮断波長は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。そして、遮断波長とプラズモンモードにおけるピーク波長との間の差をより大きくするほど、プラズモンフィルタ１２１Ａの波長分解能特性が向上する。
また、上述したように、導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数ωpが高くなるほど、導体薄膜１３１Ａの表面プラズマ周波数ωspが高くなる。また、層間膜１０２の誘電率εdが小さくなるほど、表面プラズマ周波数ωspが高くなる。そして、表面プラズマ周波数ωspが高くなるほど、プラズモンの共鳴周波数をより高く設定することができ、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）をより短い波長帯域に設定することが可能になる。
従って、プラズマ周波数ωpがより小さい金属を導体薄膜１３１Ａに用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、アルミニウム、銀、金等が好適である。ただし、透過帯域を赤外光などの長い波長帯域に設定する場合には、銅なども用いることが可能である。
また、誘電率εdがより小さい誘電体を層間膜１０２に用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｌｏｗ−Ｋ、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２等が好適である。
また、図９は、導体薄膜１３１Ａにアルミニウムを用い、層間膜１０２にＳｉＯ２を用いた場合の導体薄膜１３１Ａと層間膜１０２の界面における表面プラズモンの伝搬特性を示すグラフである。グラフの横軸は光の波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は伝搬距離（単位はμｍ）を示している。また、線Ｌ２１は、界面方向の伝搬特性を示し、線Ｌ２２は、層間膜１０２の深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示し、線Ｌ２３は、導体薄膜１３１Ａの深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示している。
表面プラズモンの深さ方向の伝搬距離ΛSPP（λ）は、次式（６）により表される。
Figure 2019113604
ｋSPPは、表面プラズモンが伝搬する物質の吸収係数を示す。εm（λ）は、波長λの光に対する導体薄膜１３１Ａの誘電率を示す。εd（λ）は、波長λの光に対する層間膜１０２の誘電率を示す。
従って、図９に示されるように、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、ＳｉＯ２からなる層間膜１０２の表面から深さ方向に約１００ｎｍまで伝搬する。従って、層間膜１０２の厚みを１００ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０２の導体薄膜１３１Ａと反対側の面に積層された物質の影響が及ぶことが防止される。
また、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、アルミニウムからなる導体薄膜１３１Ａの表面から深さ方向に約１０ｎｍまで伝搬する。従って、導体薄膜１３１Ａの厚みを１０ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０４の影響が及ぶことが防止される。
＜プラズモンフィルタのその他の例＞
次に、図１０乃至図１５を参照して、プラズモンフィルタのその他の例について説明する。
図１０のＡのプラズモンフィルタ１２１Ｂは、導体薄膜１３１Ｂにホール１３２Ｂが直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｂにおいては、例えば、隣接するホール１３２Ｂ間のピッチＰ２により透過帯域が変化する。
また、プラズモン共鳴体において、全てのホールが導体薄膜を貫通する必要はなく、一部のホールは、導体薄膜を貫通しない非貫通穴により構成しても、プラズモン共鳴体はフィルタとして機能する。
例えば、図１０のＢには、導体薄膜１３１Ｃに貫通穴からなるホール１３２Ｃ、及び、非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’がハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタ１２１Ｃの平面図および断面図（平面図におけるＡ−Ａ’での断面図）が示されている。すなわち、プラズモンフィルタ１２１Ｃには、貫通穴からなるホール１３２Ｃと非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’とが周期的に配置されている。
さらに、プラズモンフィルタとしては、基本的に単層のプラズモン共鳴体が使用されるが、例えば、２層のプラズモン共鳴体により構成することもできる。
例えば、図１１に示されているプラズモンフィルタ１２１Ｄは、２層のプラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａを構成するプラズモン共鳴体と同様に、ホールがハニカム状に配置された構造となっている。
また、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１とプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２との間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／４程度とすることが好適である。また、設計自由度を考慮すると、間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／２以下がより好適である。
なお、プラズモンフィルタ１２１Ｄのように、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２において同一のパターンでホールが配置されるようにする他、例えば、２層のプラズモン共鳴体構造において互いに相似するパターンでホールが配置されていてもよい。また、２層のプラズモン共鳴体構造において、ホールアレイ構造とドットアレイ構造（後述）とが反転するようなパターンでホールとドットとが配置されていてもよい。さらに、プラズモンフィルタ１２１Ｄは２層構造となっているが、３層以上の多層化も可能である。
また、以上では、ホールアレイ構造のプラズモン共鳴体によるプラズモンフィルタの構成例を示したが、プラズモンフィルタとして、ドットアレイ構造のプラズモン共鳴体を採用してもよい。
図１２を参照して、ドットアレイ構造のプラズモンフィルタについて説明する。
図１２のＡのプラズモンフィルタ１２１Ａ’は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ａが誘電体層１３４Ａにハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。各ドット１３３Ａ間には、誘電体層１３４Ａが充填されている。
プラズモンフィルタ１２１Ａ’は、所定の波長帯域の光を吸収するため、補色系のフィルタとして用いられる。プラズモンフィルタ１２１Ａ’が吸収する光の波長帯域（以下、吸収帯域と称する）は、隣接するドット１３３Ａ間のピッチ（以下、ドットピッチと称する）Ｐ３等により変化する。また、ドットピッチＰ３に合わせて、ドット１３３Ａの径Ｄ３が調整される。
図１２のＢのプラズモンフィルタ１２１Ｂ’は、図１０のＡのプラズモンフィルタ１２１Ｂのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ｂが誘電体層１３４Ｂに直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体構造により構成されている。各ドット１３３Ｂ間には、誘電体層１３４Ｂが充填されている。
プラズモンフィルタ１２１Ｂ’の吸収帯域は、隣接するドット１３３Ｂ間のドットピッチＰ４等により変化する。また、ドットピッチＰ４に合わせて、ドット１３３Ｂの径Ｄ３が調整される。
図１３は、図１２のＡのプラズモンフィルタ１２１Ａ’のドットピッチＰ３を変化させた場合の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。線Ｌ３１は、ドットピッチＰ３を３００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３２は、ドットピッチＰ３を４００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３３は、ドットピッチＰ３を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
この図に示されるように、ドットピッチＰ３が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は短波長側にシフトし、ドットピッチＰ３が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は長波長側にシフトする。
なお、ホールアレイ構造及びドットアレイ構造のいずれのプラズモンフィルタにおいても、ホール又はドットの平面方向のピッチを調整するだけで、透過帯域又は吸収帯域を調整することができる。従って、例えば、リソグラフィ工程においてホール又はドットのピッチを調整するだけで、画素毎に透過帯域又は吸収帯域を個別に設定することが可能であり、より少ない工程でフィルタの多色化が可能になる。
また、プラズモンフィルタの厚さは、有機材料系のカラーフィルタとほぼ同様の約１００〜５００ｎｍ程度であり、プロセスの親和性が良い。
また、狭帯域フィルタＮＢには、図１４に示されるＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタ１５１を用いることも可能である。
プラズモンフィルタ１５１においては、上から順に、導体層１６１、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、ＳｉＯ２基板１６４が積層されている。導体層１６１は、例えば、図３の狭帯域フィルタ層１０３に含まれ、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、及び、ＳｉＯ２基板１６４は、例えば、図３の層間膜１０４に含まれる。
導体層１６１には、例えばアルミニウムからなる矩形の導体薄膜１６１Ａが、所定のピッチＰ５で、導体薄膜１６１Ａの長辺側が隣接するように並べられている。そして、ピッチＰ５等によりプラズモンフィルタ１５１の透過帯域が変化する。
図１５は、ピッチＰ５を変化させた場合のプラズモンフィルタ１５１の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。この例では、ピッチＰ５を２８０ｎｍから４８０ｎｍまで４０ｎｍ刻みで６種類に変化させるとともに、隣接する導体薄膜１６１Ａの間のスリットの幅をピッチＰ５の１／４に設定した場合の分光特性の例を示している。また、透過帯域のピーク波長が最も短い波形が、ピッチＰ５を２８０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、ピッチＰ５が広くなるにつれて、ピーク波長が長くなっている。すなわち、ピッチＰ５が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は短波長側にシフトし、ピッチＰ５が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は長波長側にシフトする。
このＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１も、上述したホールアレイ構造及びドットアレイ構造のプラズモンフィルタと同様に、有機材料系のカラーフィルタと親和性が良い。
プラズモンフィルタとして、上記したホールアレイ構造、ドットアレイ構造、ＧＭＲ以外の形状として、例えば、ブルズアイ（Bull’s eye）と称される形状（以下、ブルズアイ構造と記述する）のフィルタを適用することもできる。ブルズアイ構造とは、ダーツの的や弓矢の的と似ていることから付けられた名称である。
図１６のＡに示したように、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、中央に、貫通孔１８１を有し、その貫通孔１８１を中心とする同心円状に形成された複数の凸部１８２から構成されている。すなわち、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、プラズモン共鳴を生じさせる金属の回折格子構造を適用した形状である。
ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、ＧＭＲのプラズモンフィルタ１５１と同様の特徴を有する。すなわち、凸部１８２間をピッチＰ６とした場合、ピッチＰ６が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１７１の透過帯域は短波長側にシフトし、ピッチＰ６が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１７１の透過帯域は長波長側にシフトするという特徴を有する。
特定の波長の光を透過するフィルタとして、ファブリーペロー干渉計がある。本技術を適用する狭帯域フィルタとして、プラズモンフィルタの代わりに、ファブリーペロー干渉計を用いることも可能である。
ファブリーペロー干渉計２０１は、図１７に示すように、２枚の半透鏡２０２と半透鏡２０３から構成され、この２枚の半透鏡２０２，２０３が向かい合わせ平行になるように配置された光学装置である。半透鏡２０２，２０３は、高い反射率とわずかな透過率をもつ反射面に仕上げられている。
ファブリーペロー干渉計２０１の一方（図中、上側）から入射した光は、両反射面間を何回も反射往復して互いに干渉する。半透鏡２０３を透過した光は、一定の光路差をもって多数回往復した光による、かなりの長さのある干渉光となる。したがって、これを分光器として用いれば、非常に高い分解能が得られる。
すなわち、上記したプラズモンフィルタ１２１（１５１）と同じく、ファブリーペロー干渉計２０１によっても、入射してきた光のうち、ファブリーペロー干渉計２０１で分析したい波長が選択され、その選択された光が、フォトダイオード６１で受光されるようにすることができる。
本技術が適用される撮像装置に適用できる狭帯域フィルタＮＢとしては、上記したホールアレイ構造、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計がある。
以下の説明において、狭帯域フィルタＮＢは、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１である場合を例に挙げて説明を続けるが、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計を適用することもでき、適宜、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計と読み替えることができるとして説明を続ける。
＜反射による影響について＞
プラズモンフィルタ１２１には、金属製の導体薄膜が形成されている。この導体薄膜は反射率が高いため、透過帯域以外の波長の光を反射しやすい。このため、入射光が多重反射され、分光のリップル特性が悪化してしまう可能性がある。このことについて、図１８を参照して説明する。以下の説明においては、図３に示した構成例よりも簡略化した画素５１の構成例を参照して説明を行う。
図１８は、画素５１においてリップル特性が悪化する可能性があることについて説明するための図である。図１８に示した画素は、図中上から順に、層間膜１０２、プラズモンフィルタ１２１、層間膜１０４、およびフォトダイオード６１が積層されている。プラズモンフィルタ１２１は、図３においては狭帯域フィルタ層１０３を構成し、フォトダイオード６１は、光電変換素子層１０５に含まれ１光電変換素子を表している。
図１８中の矢印は、入射光と反射光を表す。プラズモンフィルタ１２１は、表面に金属が露出しているため、入射光を反射しやすい。入射光のうちの一部は、プラズモンフィルタ１２１で反射され、その反射光のうちの一部は、層間膜１０２の界面で再度反射し、再度、プラズモンフィルタ１２１に到着する。再度、プラズモンフィルタ１２１に入射してきた反射光のうちの一部は、再度、プラズモンフィルタ１２１で反射される。
このように、プラズモンフィルタ１２１と層間膜１０２の界面で、反射が繰り返される可能性がある。このような多重反射は、リップル特性を悪化させる一因となる。例えば、入射光の位相が揃いやすい状態で、このような多重反射が起こると、干渉による波形の山谷が現れ易くなり、リップル特性が悪化してしまう。
ここで、層間膜１０２の屈折率をｎ、膜厚をｄとする。説明の簡便化のため、光が入射角θ度で入射する場合を想定する。入射光と、プラズモンフィルタ１２１での１回目の反射光との光路差は、
光路差＝２×ｎ×ｄ×ｃｏｓθ
となる。すなわち、２、屈折率n、膜厚ｄ、およびｃｏｓθを乗算した値となる。
ここで、層間膜１０２が複数の異なる屈折率からなる積層膜の場合、その屈折率ｎavgは、それぞれの膜厚の加重平均によって表す事が出来る。例えば、ａ〜x層からなる積層膜の場合、その各膜の屈折率をｎa〜ｎx、膜厚をｄa〜ｄxとすると平均屈折率ｎavgは、
ｎavg ＝ （ｎa×ｄa＋ｎb×ｄb＋ｎc×ｄc＋・・・・＋ｎx×ｄx）／ （ｄa＋ｄb＋ｄc＋・・・・＋ｄx）
と表せる。
層間膜１０２が複数の異なる屈折率からなる積層膜の場合には、上記した屈折率ｎavgが、屈折率ｎとして演算に用いられる。
この光路差が、波長の整数倍になると、強め合う光となる。すなわち、
２ｎｄ・ｃｏｓθ＝ｍλ
ｍは、任意の整数であり、λは、波長を表す。この式を、条件１とする。この条件１を満たす波長の光が入射されると、多重反射による影響は大きくなると考えられる。
条件１を満たす波長λを、所望の波長λとして抽出するようにしたのが、上記したファブリーペロー干渉計２０１（図１７）である。
プラズモンフィルタ１２１を形成する場合、意図しないファブリーペロー干渉が起こることで、分光特性にリップルとなって表れ、特性が劣化する可能性がある。
図１９は、図１８に示した画素５１において、所定の波長の光を入射光として入射したときの、フォトダイオード６１からの出力値を計測した結果の一例を示す。図１９に示したグラフにおいて、横軸は、入射光の波長を表し、縦軸は出力値を表す。
プラズモンフィルタ１２１は、上記したように、所定の波長の光を透過する機能を有するフィルタであるため、その所定の波長でピーク値を有するグラフとなる。
図１９において、円で囲った部分は、多重反射の結果、分光特性にリップルが現れている部分を示す。このように、所定の波長の光は、多重反射し、リップルとして現れ、分光特性を劣化させる可能性がある。
上記したように、リップルとして現れる可能性のある光の波長は、条件１が満たされるような波長である。このことを利用し、条件１が満たされないように、光が干渉し合い弱め合うようにし、リップルが発生しないようにすることができる。
条件１は、層間膜１０２の屈折率ｎ、膜厚ｄ、入射角θ、および波長λを含む。所定の波長λの光でファブリーペロー干渉が起きないようにするには、例えば、膜厚ｄを変えれば良いことが読み取れる。
そこで、以下に膜厚ｄを変えることで、分光特性の劣化を防ぐ画素５１の構成について説明する。
＜第１の実施の形態における画素＞
図２０は、第１の実施の形態における画素５１ａの構成を示す図である。図２０に示した画素５１ａは、画素内で高さの異なるプラズモンフィルタ１２１が備えられている。
プラズモンフィルタ１２１を、ここでは、プラズモンフィルタ１２１−１、プラズモンフィルタ１２１−２、およびプラズモンフィルタ１２１−３に分けて説明する。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２は、異なる位置に形成されている。プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２は、層間膜１０２の界面からの深さ、すなわち膜厚が異なる位置に形成されている。
プラズモンフィルタ１２１−１は、層間膜１０２の膜厚が膜厚ｄの位置に形成されている。プラズモンフィルタ１２１−２は、層間膜１０２の膜厚が膜厚ｄ’の位置に形成されている。膜厚ｄと膜厚ｄ’は、膜厚ｄ＞膜厚ｄ’の関係を満たす。
すなわち、プラズモンフィルタ１２１−１は、プラズモンフィルタ１２１−２よりも,層間膜１０２の界面から深い位置に形成されている。
プラズモンフィルタ１２１−３は、プラズモンフィルタ１２１−１の一端とプラズモンフィルタ１２１−２の一端をつなぐ垂直方向（深さ方向）に形成されている。
なお、層間膜１０２の膜厚を基準として、プラズモンフィルタ１２１の位置を説明しているが、層間膜１０４の膜厚、換言すれば、フォトダイオード６１の界面を基準とし、フォトダイオード６１の界面からの距離で、プラズモンフィルタ１２１の位置を設定しても良い。
また、層間膜１０２は、単層であっても多層であっても良い。層間膜１０２が多層である場合、その多層の膜厚が、膜厚ｄ、膜厚ｄ’とされる。また、カラーフィルタを備える画素５１ａの場合、そのカラーフィルタの厚みも、膜厚ｄ、膜厚ｄ’に含まれる。
膜厚ｄ、膜厚ｄ’は、層間膜１０２の界面であり、この界面は、空気層との境、またはオンチップマイクロレンズ１０１（図３）との境とすることができる。
このような異なる位置に形成されたプラズモンフィルタ１２１を有する画素５１ａにおいては、上記したようにリップルが発生し、特性が劣化してしまうようなことを防ぐことができることについて説明を加える。
図２１は、図１８と同じく、画素５１ａに光が入射したときの、入射光と反射光を矢印で表した図である。図２１中、点線で示した矢印は、プラズモンフィルタ１２１−１側の入射光と反射光を表し、実線で示した矢印は、プラズモンフィルタ１２１−２側の入射光と反射光を表す。
図２２のＡは、プラズモンフィルタ１２１−１の位置にプラズモンフィルタ１２１が備えられた画素５１ａで所定の波長の光を入射光として入射したときの、フォトダイオード６１からの出力値を計測した結果を点線のグラフで表したグラフと、プラズモンフィルタ１２１−２の位置にプラズモンフィルタ１２１が備えられた画素５１ａで所定の波長の光を入射光として入射したときの、フォトダイオード６１からの出力値を計測した結果を実線のグラフで表したグラフとを、それぞれ表したグラフである。図２２に示したグラフにおいて、横軸は、入射光の波長を表し、縦軸は出力値を表す。
図２２のＡに示したように、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２は、抽出する波長が同一とされているため、同一の波長、例えば、図２２では、５５０nm付近の値がピーク値となっている。図２２のＡにおいて、点線で示したグラフのピーク値と、実線で示したグラフのピーク値は略同一の値となっている。
図２２のＡの点線で示したグラフと実線で示したグラフを参照するに、リップルが発生していることが読み取れる。すなわち、上記したように、プラズモンフィルタ１２１−１またはプラズモンフィルタ１２１−２だけで受光する画素５１ａでは、リップルが発生する可能性がある。しかしながら、図２２のＢに示すように、図２１に示した画素５１ａによれば、リップルの発生が抑制された出力を得ることができる。
図２１に示した画素５１Ａによると、同一画素内に、層間膜１０２の界面からの深さが異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が設けられているため、図２２のＡに示したように、それぞれのプラズモンフィルタ１２１から分光特性を得られ、出力値としては２つの分光特性を足し合わせた分光特性を有する出力値が得られる。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２を設けることにより、プラズモンフィルタ１２１−１からの反射光とプラズモンフィルタ１２１−２からの反射光が、互いに干渉することによって、特定の波長のみが強め合うようなことを低減し、リップルが発生するようなことを抑制することができる。
このように、特定の波長が強め合うようなことを低減させるために、膜厚ｄ、膜厚ｄ’は、以下のような条件で設定される。すなわち、抑制したいリップルの波長を設定し、その抑制したいリップルの波長に合わせて、以下のような条件（条件２とする）により、膜厚ｄ、膜厚ｄ’をそれぞれ設定する。
条件２
図２０に示したように、プラズモンフィルタ１２１−１上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ、プラズモンフィルタ１２１−２上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ’、層間膜１０２の屈折率を屈折率ｎ、リップルを抑制した波長を波長λｒ、層間膜の膜厚差を(d-d’)、ｍを任意の整数としたとき、条件２は、以下のように表される。
（ｄ―ｄ’）＝λｒ（ｍ＋１／４）／ｎ
条件２を、このように設定すると、光路差がλrの半周期になるために波長λrの波長の光は、干渉により消滅させる事ができる。すなわち、リップルを低減させたい波長として着目した波長の１／４程度の大きさに、膜厚差（ｄ−ｄ’）が設定されれば良い。
例えば、リップルを抑制したい波長として着目した着目波長が600nmであり、ｍ＝０とした場合、
（ｄ―ｄ’）＝（１５０／ｎ）
となる。よって６００ｎｍの波長の光によるリップルを低減したい場合、膜厚ｄと膜厚ｄ’の差分である（ｄ−ｄ’）は、（１５０／ｎ）ｎｍを満たすように設計されれば良い。
このように、プラズモンフィルタ１２１の設置位置を異ならせることにより、また、その設置位置の差分（上記した例では、（ｄ−ｄ’））を、リップルを抑制したい値に設定することで、より適切にリップルを抑制することができる。
なお、条件２を、
（ｄ―ｄ’）＝λｒ（ｍ＋１／２）／ｎ
とした場合、互いに強め合う条件となり、リップルが強調されてしまうため、この条件に当てはまるような値は設定されないようにする。
＜画素の他の構成例＞
画素５１ａの他の構成について説明を加える。図２３は、画素５１ａの他の構成例を示す図である。図２３に示した画素５１ａと、図２０に示した画素５１ａを比較するに、図２３に示した画素５１ａは、図２０に示した画素５１ａから、プラズモンフィルタ１２１−３を削除した構成とされている点が異なり、他の点は同様である。
図２３に示したように、プラズモンフィルタ１２１は、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２から構成されるようにしても良い。換言すれば、入射面と平行する面にプラズモンフィルタ１２１（プラズモンフィルタ１２１−１,１２１−２に該当）を設け、垂直方向のプラズモンフィルタ１２１（プラズモンフィルタ１２１−３に該当）は設けない構成とすることも可能である。
図２３に示したように、垂直方向のプラズモンフィルタ１２１−３（図２３では不図示）を形成しない構成とした場合、例えば、画素５１ａの製造工程において、垂直方向のプラズモンフィルタ１２１−３を形成する工程を省略することができる。
図２３に示したように、垂直方向のプラズモンフィルタ１２１−３（図２３では不図示）を形成しない構成とした場合、プラズモンフィルタ１２１を介さずに、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の高低差により生じる隙間から、フォトダイオード６１に入射される入射光がある可能性がある。
このような入射光による影響を低減させるために、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２に重なる部分があるように、例えば、プラズモンフィルタ１２１−２を少し大きめに形成するようにしても良い。
図２４は、画素５１ａのさらに他の構成を示す図である。図２４に示した画素５１ａと、図２０に示した画素５１ａを比較するに、図２４に示した画素５１ａは、図２０に示した画素５１ａのプラズモンフィルタ１２１−２の厚みを厚く形成した構成とされている点が異なり、他の点は同様である。
図２４に示した画素５１ａのプラズモンフィルタ１２１−１のフォトダイオード６１側の界面と、プラズモンフィルタ１２１−２のフォトダイオード６１側の界面は、同一平面とされている。この結果、プラズモンフィルタ１２１−２の膜厚は、プラズモンフィルタ１２１−１の膜厚よりも厚く形成されている。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−１の膜厚とプラズモンフィルタ１２１−２の膜厚の差分は、層間膜１０２の膜厚ｄと膜厚ｄ’の差分である（ｄ−ｄ’）に相当する。
なおここでは、プラズモンフィルタ１２１−１の膜厚とプラズモンフィルタ１２１−２の膜厚の差分は、層間膜１０２の膜厚ｄと膜厚ｄ’の差分である（ｄ−ｄ’）に相当する場合を例に挙げて説明したが、上記および以下に説明するプラズモンフィルタ１２１において、プラズモンフィルタ１２１−１の膜厚とプラズモンフィルタ１２１−２の膜厚は、同一であっても良いし、異なる膜厚であっても良い。
図２４に示した画素５１ａによると、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の厚さが異なるため、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２とで同一の性能を得られない可能性がある。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−１で透過される光の特性と、プラズモンフィルタ１２１−２で透過される光の特性は、異なる可能性がある。このプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２との特性の違いを用いた画素５１ａとすることができる。
＜プラズモンフィルタの段差に関する条件＞
上記したように、本実施の形態においては、層間膜１０２の界面からの深さが異なる位置にプラズモンフィルタ１２１が形成されている。図２０を再度参照するに、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２は、異なる位置に形成されており、この２つのプラズモンフィルタ１２１間には段差があるように形成されている。
２つのプラズモンフィルタ１２１の段差は、図２０において、（膜厚ｄ―膜厚ｄ’）に相当する。この段差について、図２５乃至図２７を参照して説明を加える。
図２５は、図２０に示した画素５１ａと同じであるが、プラズモンフィルタ１２１に形成されているホールを図示し、また段差の部分を拡大して図示してある。まず、段差は、上記したように、（膜厚ｄ―膜厚ｄ’）となる。以下、段差を段差Ｄとし説明する。
段差Ｄの最小段差Ｄminは、画素５１ａで受光される最短波長に合わせて設定される。最小段差Ｄminとは、リップルを抑制するために、プラズモンフィルタ１２１に段差Ｄを設けた場合に、その効果を得るために必要とされる最小の段差のことである。最小段差Ｄmin以上の段差Ｄとすることで、所望とされた効果を得ることができる。
例えば、可視光の受光を想定した画素５１ａの場合、最短波長として、例えば４００ｎｍが設定される。この場合、リップルが生じる可能性がある最小の波長は、４００ｎｍとなる。
よって、波長が４００ｎｍの光によるリップルを低減させるためには、条件２から、４００／４ｎ＝１００／ｎ（ｎｍ）となる。この場合、プラズモンフィルタ１２１の最小の段差Ｄminは、１００／ｎ（ｎｍ）と設定される。
このように、最小の段差Ｄminは、画素５１ａで受光される最短の波長に応じて、条件２で導き出される値とすることができる。
一方で、段差Ｄの最大段差は、段差Ｄによるシャドーイングの影響で決定される。段差Ｄの最大段差とは、リップルを抑制するために、プラズモンフィルタ１２１に段差Ｄを設けた場合に、その効果が得られる最大の段差のことである。最大段差以下の段差Ｄとすることで、所望とされた効果を得ることができる。
画素５１ａ（のフォトダイオード６１）に、入射される光の全てが、入射角０度で入射される場合、最大段差は特に制約は無く、任意の段差Ｄに設定される。しかしながら、実用上は、全ての光が０度で入射されることはなく、ＣＲＡ(chief ray angle)、Ｆ値光、レンズ収差などの影響を考慮する必要があり、入射する光の入射角が全て０度と扱うと、リップルの抑制を適切にできない可能性がある。
そこで、段差Ｄの最大段差について考慮する。ここでは、プラズモンフィルタ１２１の最端にあるホール１３２にシャドーイングが発生しない段差Ｄについて説明を加える。プラズモンフィルタ１２１の最端にあるホール１３２とは、図２５に示したように、プラズモンフィルタ１２１−１に形成されているホール１３２のうち、プラズモンフィルタ１２１−３に最も近い位置にあるホール１３２のことである。
ここで、最大の段差Ｄを段差ｄmaxとし、入射光の最大角度を角度θmaxとし、プラズモンフィルタ１２１の境界から最端にあるホール１３２までの距離を距離Ｌとする。このとき、距離Ｌは、以下の式で表すことができる。
Ｌ ＝ ｄmax × ｔａｎ（θmax）
この式を変形し、
ｄmax ＝ Ｌ ／ ｔａｎ（θmax）
という式が得られる。
ここで角度θmaxは、
θmax ＝ （ＣＲＡ ＋ Ｆ値光最大入射角） × （生産ばらつき）
との関係式から求められる値である。
Ｆ値と最大入射角との関係は、図２６、図２７に示すような関係がある。図２６のＡは、Ｆ値と最大入射角の関係を示すグラフであり、図２６のＢは、グラフ内の一部の値を抜き出した表である。
図２７は、口径Ｄのレンズ２５１と最大入射角の関係を示す模式図である。なお、図２７に示したのは模式図であり、実際のレンズの場合、複数枚のレンズで構成されている場合や収差を含む場合があるため、厳密には図２７に示した状況と一致しないときがある。
図２７に示したように、口径Ｄのレンズ２５１のＦ値は、焦点距離をｆとしたとき、次式により算出される。
Ｆ値＝ｆ／Ｄ
すなわち、Ｆ値は、レンズＤの焦点距離ｆを有効口径Ｄで除算した値となる。
また、有効口径端部と焦点位置を結ぶ直線の、光軸となす角度（Ｆ値光線束の片側角度）は角度θ（最大入射角θ）となる。最大入射角θは、次式により算出される。
最大入射角θ＝ｔａｎ-1（Ｄ／２ｆ）
これらの式から、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の最大の段差ｄmaxを求めることができる。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の段差Ｄは、上記した最小の段差Ｄmin以上であり、最大の段差ｄmax以下に設定される。
＜プラズモンフィルタの平面構造＞
上記した図２０には、画素５１ａの断面構造を示したが、図２８に画素５１ａの平面構造、特にプラズモンフィルタ１２１の平面構造を示し、説明を加える。図２８に示した画素５１ａのプラズモンフィルタ１２１が形成される面は、２×２の４つの領域に分割され、それぞれの領域にプラズモンフィルタ１２１が形成されている。
図２８に示した画素５１ａの例では、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−３は、同一の高さに形成され、プラズモンフィルタ１２１−２とプラズモンフィルタ１２１−４は、同一の高さに形成されている。プラズモンフィルタ１２１−１,１２１−３とプラズモンフィルタ１２１−２,１２１−４は、異なる高さで形成されている。
図２８に示した線分ａａ’で切断したときの断面図が、図２０に示した断面図となる。このように、１画素５１の入射面を、２×２の４つの領域に分割し、その４分割した各領域に、プラズモンフィルタ１２１を配置する。このような２×２のような分割は、対称性が良いため、製造時、例えば、フォトリソグラフィの工程において、縦、横、または斜めに位置ずれした場合の影響を最小限に抑える事ができる。
図２８に示したプラズモンフィルタ１２１−１乃至１２１−４は、それぞれ同一の面積である場合を示しているが、異なる面積であっても良い。また、図２８に示したプラズモンフィルタ１２１−１乃至１２１−４は、それぞれ四角形状であるが、四角形状以外の形状であっても良い。ここで、図２９、図３０に、プラズモンフィルタ１２１の形状のパターンを示す。
図２９と図３０は、光入射面側から、画素５１ａを見たときのプラズモンフィルタ１２１の形状を示す図である。また、図２９に示したプラズモンフィルタ１２１の形状は、１画素５１ａに形成されるプラズモンフィルタ１２１が、２領域に分割されている場合のパターンを示し、図３０は、２領域以外に分割されているパターンを示す。
また、図２９と図３０は、プラズモンフィルタ１２１が２つの異なる高さに形成されている場合を示し、例えば、図２０に示したように、プラズモンフィルタ１２１−１は、フォトダイオード６１の界面から低い位置（層間膜１０２の界面から深い位置）に形成され、プラズモンフィルタ１２１−２は、フォトダイオード６１の界面から高い位置（層間膜１０２の界面から浅い位置）に形成されているとする。
また、図２９と図３０において、斜線を入れて図示してある方が、フォトダイオード６１の界面から低い位置（層間膜１０２の界面から深い位置）に形成されているプラズモンフィルタ１２１−１であるとする。
図２９のＡは、プラズモンフィルタ１２１が、縦方向に分割されている場合を示している。図２９のＡに示したプラズモンフィルタ１２１は、図中左側にプラズモンフィルタ１２１−１が形成され、図中右側にプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での縦ずれに強く、縦ずれによる影響を最小限に抑える事ができる。
図２９のＢは、プラズモンフィルタ１２１が、横方向に分割されている場合を示している。図２９のＢに示したプラズモンフィルタ１２１は、図中上側にプラズモンフィルタ１２１−１が形成され、図中下側にプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での横ずれに強く、横ずれによる影響を最小限に抑える事ができる。
画素アレイ部３１には、複数の画素５１ａが、アレイ状に配置されているが、図２９のＡに示したように、プラズモンフィルタ１２１を縦分割に形成すると、縦方向に段差部分が揃うため、製造工程時に作りやすいという利点が得られる。同様に、図２９のＢに示したように、プラズモンフィルタ１２１を横分割に形成すると、横方向に段差部分が揃うため、製造工程時に作りやすいという利点が得られる。
図２９のＣは、画素５１ａの中央部分に、高い位置のプラズモンフィルタ１２１−２が四角形状で形成され、その周りの低い位置にプラズモンフィルタ１２１−１が形成されている場合を示している。図２９のＣに示したプラズモンフィルタ１２１は、四角形状のプラズモンフィルタ１２１−２を中央に残した四角残しの形状とされている。
図２９のＤは、画素５１ａの中央部分に、低い位置のプラズモンフィルタ１２１−１が四角形状で形成され、その周りの高い位置にプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている場合を示している。図２９のＤに示したプラズモンフィルタ１２１は、四角形状のプラズモンフィルタ１２１−１を中央から抜いた四角抜きの形状とされている。
図２９のＥは、プラズモンフィルタ１２１が、斜め方向に分割されている場合を示している。図２９のＥに示したプラズモンフィルタ１２１は、図中左上側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−２が形成され、図中右下側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−１が形成されている。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での斜めずれに強く、斜めずれによる影響を最小限に抑える事ができる。また、図２９のＥに示したように、プラズモンフィルタ１２１を斜め分割に形成すると、斜め方向に段差部分が揃うため、製造工程時に作りやすいという利点が得られる。
図３０のＡは、プラズモンフィルタ１２１を４領域に分割した場合を示している。図３０のＡは、プラズモンフィルタ１２１が、斜め方向に４分割されている場合を示している。図３０のＡに示したプラズモンフィルタ１２１は、図中上側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−１−１が形成され、図中下側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−１−２が形成され、図中左側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−２−１が形成され、図中右側に三角形状のプラズモンフィルタ１２１−２−２が形成されている。
このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、図２９のＥに示したプラズモンフィルタ１２１と同じく、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での斜めずれに強く、斜めずれによる影響を最小限に抑える事ができる。また、図３０のＡに示したように、プラズモンフィルタ１２１を斜め分割に形成すると、斜め方向に段差部分が揃うため、製造工程時に作りやすいという利点が得られる。
図３０のＢは、図２９のＡと同じく、プラズモンフィルタ１２１が、縦方向に分割されている場合を示している。図３０のＢに示したプラズモンフィルタ１２１は、３領域に分割されており、図中左側にプラズモンフィルタ１２１−１−１が形成され、図中中央にプラズモンフィルタ１２１−２が形成され、図中右側にプラズモンフィルタ１２１−１−２が形成されている。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での縦ずれに強く、縦ずれによる影響を最小限に抑える事ができる。
図３０のＣは、図２９のＢと同じく、プラズモンフィルタ１２１が、横方向に分割されている場合を示している。図３０のＢに示したプラズモンフィルタ１２１は、３領域に分割されており、図中上側にプラズモンフィルタ１２１−１−１が形成され、図中中央にプラズモンフィルタ１２１−２が形成され、図中下側にプラズモンフィルタ１２１−１−２が形成されている。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での横ずれに強く、横ずれによる影響を最小限に抑える事ができる。
図３０のＢまたは図３０のＣに示したように、プラズモンフィルタ１２１を３領域で形成した場合、図２９のＡまたは図２９のＢに示したように、プラズモンフィルタ１２１を２領域で形成した場合よりも、縦ずれまたは横ずれに強くなり、縦ずれまたは横ずれによる影響をより抑えることができる。また、図３０のＢまたは図３０のＣに示したように、プラズモンフィルタ１２１を縦分割または横分割で形成した場合、縦方向または横方向に段差部分が揃うため、製造工程時に作りやすいという利点が得られる。
図３０のＤは、プラズモンフィルタ１２１が、４×４の１６領域に分割されている場合を示している。図３０のＤに示したプラズモンフィルタ１２１は、フォトダイオード６１の界面から低い位置（層間膜１０２の界面から深い位置）に形成されているプラズモンフィルタ１２１−１と、フォトダイオード６１の界面から高い位置（層間膜１０２の界面から浅い位置）に形成されているプラズモンフィルタ１２１−２とが、上下方向と左右方向のそれぞれの方向において、交互に形成されている。
このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、例えば、製造時のフォトリソグラフィの工程での縦ずれ、横ずれ、および斜め方向のずれに強く、これらの方向のずれによる影響を最小限に抑える事ができる。
図２９と図３０を参照して説明した、プラズモンフィルタ１２１の分割や形状は、一例であり、図示していない分割や形状であっても良い。
＜複数の段差を有する画素について＞
上記した実施の形態においては、段差Ｄの大きさは１つである場合を例に挙げて説明したが、複数の異なる大きさの段差を設けることで、複数の波長に対するリップルの対策をとることができる。
上記した画素５１ａ、例えば、図２０に示した画素５１ａでは、断面で見たとき、プラズモンフィルタ１２１が、１つの段差（1種類の大きさ）を有する場合を例に挙げて説明した。また、図２８に示した画素５１ａにおいても、段差は４カ所あるが、段差の大きさは、４カ所全て同じ大きさである場合を例に挙げて説明した。
１画素５１に、複数の大きさの異なる段差が形成されているようにしても良い。図３１は、１画素５１に複数の段差が形成され、それぞれの段差の大きさが異なる場合の一例の構成を示している。図３１に示した画素５１ｂは、図２８に示した画素５１ａと同じくプラズモンフィルタ１２１−１乃至１２１−４から構成され、それぞれ四角形状で構成されている。
プラズモンフィルタ１２１−１乃至１２１−４は、それぞれ異なる高さ（深さ）で形成されている。プラズモンフィルタ１２１−１は、フォトダイオード６１の界面から一番近い位置（一番低い位置）に形成されている。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−１は、層間膜１０２（図３１では不図示）の界面から、深さｄ１（膜厚ｄ１）の位置に形成され、層間膜１０２の界面からの深さでは一番深い位置に形成されている。
プラズモンフィルタ１２１−２は、フォトダイオード６１の界面から２番目に近い位置（２番目に低い位置）に形成されている。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−２は、層間膜１０２（図３１では不図示）の界面から、深さｄ２（膜厚ｄ２）の位置に形成され、層間膜１０２の界面からの深さでは２番目に深い位置に形成されている。
プラズモンフィルタ１２１−３は、フォトダイオード６１の界面から２番目に離れた位置（２番目に高い位置）に形成されている。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−３は、層間膜１０２（図３１では不図示）の界面から、深さｄ３（膜厚ｄ３）の位置に形成され、層間膜１０２の界面からの深さでは３番目に深い位置に形成されている。
プラズモンフィルタ１２１−４は、フォトダイオード６１の界面に最も離れた位置（１番高い位置）に形成されている。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−４は、層間膜１０２（図３１では不図示）の界面から、深さｄ４（膜厚ｄ４）の位置に形成され、層間膜１０２の界面からの深さでは４番目に深い位置（一番浅い位置）に形成されている。
上記した膜厚のｄ１乃至ｄ４は、以下の関係を満たす。
膜厚ｄ１＞膜厚ｄ２＞膜厚ｄ３＞膜厚ｄ４
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の段差Ｄ１は、
段差ｄ１＝（膜厚ｄ１―膜厚ｄ２）
となる。
プラズモンフィルタ１２１−２とプラズモンフィルタ１２１−３の段差Ｄ２は、
段差Ｄ２＝（膜厚ｄ２―膜厚ｄ３）
となる。
プラズモンフィルタ１２１−３とプラズモンフィルタ１２１−４の段差Ｄ３は、
段差Ｄ３＝（膜厚ｄ３―膜厚ｄ４）
となる。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−４の段差Ｄ４は、
段差Ｄ４＝（膜厚ｄ１―膜厚ｄ４）となる。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−３の段差Ｄ５（不図示）は、
段差Ｄ５＝（膜厚ｄ１―膜厚ｄ３）
となる。
プラズモンフィルタ１２１−２とプラズモンフィルタ１２１−４の段差Ｄ６（不図示）は、
段差Ｄ６＝（膜厚ｄ２―膜厚ｄ４）
となる。
このように、４つの領域に分割し、それぞれの領域にプラズモンフィルタ１２１を形成し、それぞれの形成されている位置を異なる位置とすることで、段差の大きさとしては、段差Ｄ１乃至Ｄ６の６種類の大きさを生み出すことができる。
ここで、上記した条件２を再度記載する。図２０に示したように、プラズモンフィルタ１２１−１上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ、プラズモンフィルタ１２１−２上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ’、層間膜１０２の屈折率を屈折率ｎ、リップルを抑制した波長を波長λｒ、ｍを任意の整数とし、層間膜の膜厚差を(d-d’)、消したいリップルの波長をλrとすると、条件２は、以下のように表される。
（ｄ―ｄ’）＝λｒ（ｍ＋１／４）／ｎ
段差Ｄ１乃至Ｄ６は、条件２における層間膜の膜厚差を(d-d’)に相当する。すなわち、この場合、層間膜の膜厚差(d-d’)を、６種類生み出すことができるため、消したいリップルの波長として、６種類の波長を設定（最大６条件を設定）できることになる。
図１９を再度参照する。図１９に示したグラフで、円形を示した部分は、リップルが発生している箇所（周波数）を表すが、５つの周波数でリップルが発生していることがわかる。図３１に示した画素５１ｂによれば、上記したように、リップルを抑制したい波長を６種類設定できるため、リップルが発生する可能性ある５つの周波数に合わせて、膜厚を設定することができる。よって、この場合、少なくとも５つの周波数に対するリップルを抑制できる画素５１ｂとすることができる。
このように、１画素５１に２以上の異なる深さ（高さ）となるように、プラズモンフィルタ１２１を形成することで、より大きなリップル抑制効果を期待できる。
図３１に示した画素５１ｂにおいては、プラズモンフィルタ１２１−１乃至１２１−４が、螺旋階段状に高さが変化する例を示したが、この高さの変化の順は、このような螺旋階段状に限らず、どのような変化であっても良い。
また、段差の大きさの変化は、一定であっても、一定でなくても良い。例えば、段差Ｄ１、段差Ｄ２、段差Ｄ３が、一定の割合で徐々に大きくなるように設計されていても良いし、異なる割合で徐々に大きくなるように設計されていても良い。
また、図３１に示した画素５１ｂにおいては、４分割し、４つの領域にそれぞれプラズモンフィルタ１２１を形成し、プラズモンフィルタ１２１同士の段差としてはＤ１乃至Ｄ４の４段階がある形状を示したが、４段階以外の他の段数であっても良い。すなわち、4以上の領域に分割し、段数を多くすることで、リップルを低減する効果をより大きくすることができる。
例えば、図３０の説明では、高い位置、低い位置と２つの位置で示したが、図３１の例に適用して、３段階以上の高さとすることが出来る。
＜複数画素間でのプラズモンフィルタの構成＞
上記した画素５１は、１つの画素５１において、層間膜１０２の界面からの深さが異なる位置にプラズモンフィルタ１２１が形成されている例を示したが、複数の画素５１において、層間膜１０２の界面からの深さが異なる位置にプラズモンフィルタ１２１が形成されているようにしても良い。
図３２に、２つの画素５１において、層間膜１０２の界面からの深さが異なる位置にプラズモンフィルタ１２１が形成されている例を示す。図３２を参照するに、画素５１−１と画素５１−２が隣り合って配置されている。
図中左側に配置されている画素５１−１は、層間膜１０２の界面から、深さｄ（膜厚ｄ）の位置に、プラズモンフィルタ１２１−１が配置されている。また図中右側に配置されている画素５１−２は、層間膜１０２の界面から、深さｄ’（膜厚ｄ’）の位置に、プラズモンフィルタ１２１−２が配置されている。
プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２の上側にそれぞれ配置されている層間膜１０２の膜厚の膜厚差は、
膜厚差＝（膜厚ｄ−膜厚ｄ’）
となる。
この膜厚差（膜厚ｄ−膜厚ｄ’）となる部分には、プラズモンフィルタ１２１−３が形成されている。このプラズモンフィルタ１２１−３は、画素５１−１と画素５１−２の境界部分（画素間）に形成されている。
このように、複数の画素５１、この場合、２画素で異なる位置にプラズモンフィルタ１２１が形成されているようにしても良い。このようにプラズモンフィルタ１２１を形成した場合、図３３に示すように、光が入射され、反射されることになり、リップルが低減される。
図３３を参照するに、画素５１−２側に入射された図中実線で示した入射光は、その一部が、プラズモンフィルタ１２１−２と層間膜１０２の界面との間で、繰り返し反射される。この反射された光の一部が、隣接する画素５１−１に入射される。
同様に、画素５１−１側に入射された図中点線で示した入射光は、その一部が、プラズモンフィルタ１２１−１と層間膜１０２の界面との間で、繰り返し反射される。この反射された光の一部が、隣接する画素５１（不図示）に入射される。
画素５１−２側での反射光の一部は、画素５１−１に入射されてしまう可能性があるが、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２に段差があるように形成されているため、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２でそれぞれ反射される反射光の波長が異なり、強め合うことが無い反射光とされる。すなわち、この場合、画素５１−２側での反射光と、画素５１−１側での反射光は、干渉し合うことで弱め合う関係にあるため、リップルを低減させることが可能となる。
図３２、図３３に示したように、２画素において、プラズモンフィルタ１２１が形成されている位置が異なるように構成した場合、図２１を参照して説明した１画素において、プラズモンフィルタ１２１の形成位置が異なるように構成した場合と同じく、条件２が満たされるように、段差Ｄ（＝膜厚差＝（膜厚ｄ−膜厚ｄ’））が設定される。
ここで、条件２に基づき、図３２に示した２画素間における段差Ｄの設定の仕方について、説明を加える。条件２は、画素５１−１に形成されているプラズモンフィルタ１２１−１上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ、画素５１−２に形成されているプラズモンフィルタ１２１−２上の層間膜１０２の膜厚を膜厚ｄ’、層間膜１０２の屈折率を屈折率ｎ、リップルを抑制した波長を波長λｒ、層間膜の膜厚差を(d-d’)、ｍを任意の整数としたとき、以下のように表される。
（ｄ―ｄ’）＝λｒ（ｍ＋１／４）／ｎ
条件２を、このように設定すると、光路差がλrの半周期になるために波長λrの波長の光は、干渉により消滅させる事ができる。例えば、リップルを抑制したい波長が600nmであり、ｍ＝０とした場合、
（ｄ―ｄ’）＝（１５０／ｎ）
となる。よって６００ｎｍの波長の光によるリップルを低減したい場合、膜厚ｄと膜厚ｄ’の差分である（ｄ−ｄ’）は、（１５０／ｎ）ｎｍを満たすように設計されれば良い。
このように、プラズモンフィルタ１２１が形成されている位置を異ならせることにより、また、その形成されている位置の差分、上記した例では、膜厚差（ｄ−ｄ’）を、リップルを抑制したい値に設定することで、より適切にリップルを抑制することができる。
なお、条件２を、
（ｄ―ｄ’）＝λｒ（ｍ＋１／２）／ｎ
とした場合、互いに強め合う条件となり、リップルが強調されてしまうため、この条件に当てはまるような値は設定されないようにする。
このように、複数の画素５１でプラズモンフィルタ１２１の高さが異なるように構成した場合も、リップルを低減することができる。また、このように複数の画素５１でプラズモンフィルタ１２１の高さが異なるように構成した場合、１画素５１内でプラズモンフィルタ１２１の高さが異なるように構成した場合よりも、製造時に、微細に加工する必要がなくなり、製造しやすいという効果も得られる。
なお、ここでは、複数の画素５１として、２画素の場合を例示したが、２画素以外の画素数に対しても、本技術を適用することはできる。例えば、図３４に示したように、３画素５１において、プラズモンフィルタ１２１の高さが異なるように構成しても良い。
図３４に示した画素５１−１乃至５１−３には、それぞれプラズモンフィルタ１２１が形成されている。画素５１−１には、層間膜１０２の膜厚が膜厚ｄとなる位置に、プラズモンフィルタ１２１−１が形成され、画素５１−２には、層間膜１０２の膜厚が膜厚ｄ’となる位置に、プラズモンフィルタ１２１−２が形成され、画素５１−３には、層間膜１０２の膜厚が膜厚ｄ”となる位置に、プラズモンフィルタ１２１−４が形成されている。
膜厚ｄ、膜厚ｄ’、および膜厚ｄ”は、
膜厚ｄ＞膜厚ｄ’＞膜厚ｄ”
の関係が満たされる。
また、画素５１−１と画素５１−２の境界部分には、垂直方向にプラズモンフィルタ１２１−３が形成され、画素５１−２と画素５１−３の境界部分には、垂直方向にプラズモンフィルタ１２１−６が形成されている。
このように、３画素５１において、それぞれプラズモンフィルタ１２１の高さを変えた場合も、リップルを低減させることができる。また、段差の大きさの種類が増えることにより、図３１を参照して説明した場合と同じく、複数の波長に対する対策をとることができ、よりリップルを低減させることができる。
＜反射防止膜を追加した構成＞
上記したように、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１を有する画素５１とした場合、プラズモンフィルタ１２１の段差部分にも、プラズモンフィルタ１２１が形成され、その部分で反射が起こる可能性がある。
図３５は、図２０に示した画素５１ａであり、画素５１ａのプラズモンフィルタ１２１−３による反射光を図示した図である。プラズモンフィルタ１２１−３は、金属薄膜フィルタであるため、光を反射しやすい構造である。よって、図３５に示したように、入射した光が、プラズモンフィルタ１２１−３にあたり、反射して、プラズモンフィルタ１２１−１に当たることもあると想定できる。換言すれば、プラズモンフィルタ１２１−３による乱反射が起こる可能性がある。
このような乱反射を防ぐために、図３６に示すように、プラズモンフィルタ１２１−３の側面に、反射防止膜２７１を形成するようにしても良い。反射防止膜２７１を、プラズモンフィルタ１２１−３の側面に形成することで、反射防止膜２７１により、乱反射を防ぐことができる。
反射防止膜２７１は、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、カーボン、ブラックレジストなどで形成することができる。反射防止膜２７１は、これらの材料に限定されるわけではなく、プラズモンフィルタ１２１−３を構成する材料の反射率よりも低い反射率を有する材料であれば良い。
＜第２の実施の形態における画素＞
図３７は、第２の実施の形態における画素５１ｃの構成を示す図である。図３７に示した画素５１ｃは、画素内に導波路を備えた構成とされている。
図３７に示した画素５１ｃは、層間膜１０４内に導波路３０１が形成されている。この導波路３０１は、プラズモンフィルタ１２１とフォトダイオード６１との間に形成されている。プラズモンフィルタ１２１上には、層間膜１０２が形成されている。
図３７に示した画素５１ｃでは、導波路３０１が、１本の場合を示したが、図３８に示すように、導波路３０１−１乃至３０１−３の３本が形成されていても良い。すなわち、本技術を適用するとき、導波路３０１の本数に制限はない。以下の説明においては、図３７に示した導波路３０１が１本の場合を例に挙げて説明を続ける。
図３９、図４０は、プラズモンフィルタ１２１を入射面側から見たときの導波路３０１が形成されている領域を示す図である。図３９、図４０に示したように、画素５１ｃを、例えば、入射面側からみたとき、プラズモンフィルタ１２１には、複数のホール１３２が形成されている。このことについては、図４を参照して既に説明した通りである。また、図３９、図４０において、斜線で示した領域は、導波路３０１が形成されている領域を示す。
図３９のＡは、図３７に示した画素５１ｃのように、中央部分に、導波路３０１が１本形成されている場合を示している。プラズモンフィルタ１２１に形成されているホール１３２は、導波路３０１が形成されている領域に存在するホール１３２と導波路３０１が形成されていない領域に存在するホール１３２とに分けられる。
このように、１画素５１内に、導波路３０１が形成されている領域に存在するホール１３２と導波路３０１が形成されていない領域に存在するホール１３２とが混在するように、導波路３０１は形成されれば良い。
図３９のＢに示すように導波路３０１は、画素５１ｃのプラズモンフィルタ１２１が備えられている領域において、半分の領域に形成されているようにしても良い。
また、図４０のＡに示すように、プラズモンフィルタ１２１に形成されているホール１３２のうち、１つおき毎に、導波路３０１を形成した構成としても良い。
また、図３８に示したように３本の導波路３０１を形成するようにした場合、平面で見たときには、図４０のＢに示すように、導波路３０１−１乃至３０１−３が、それぞれ列状に形成されているようにしても良い。
また、図示はしないが、導波路３０１の形状は、図３９や図４０に示した四角形状や円形状の他に、多角形や星形などでも良く、規則性のある形であっても、不規則な形であっても良い。また、１つの形状に限らず、異なる形状の導波路３０１が１画素５１内に混在していても良い。
このように、層間膜１０４に導波路３０１を形成することで、リップルを低減させることができる。導波路３０１は、導波路３０１の周りに形成されている層間膜１０４の屈折率よりも高い屈折率の材料が用いられて形成される。よって、層間膜１０４に導波路３０１を形成することで、屈折率の異なる材料が混在した層となる。
層間膜１０４と導波路３０１の屈折率が異なると、導波路３０１を通る光の波長λ（導波路）は、入射した光の波長をλとし、導波路３０１の屈折率をｎとしたとき、波長λ（導波路）＝λ／ｎとなる。よって、導波路３０１を通る光の波長は、見かけ上の波長が変化して、フォトダイオード６１に入射される。
フォトダイオード６１には、導波路３０１を通らずに入射した波長λの光と、導波路３０１を通って入射した波長λ（導波路）＝λ／ｎが入射されることになる。このように、フォトダイオード６１には、見かけ上、異なる波長の光が入射されることになる。
換言すれば、フォトダイオード６１には、位相差が異なる光が入射されることになる。よって、位相差が異なる光同士で干渉が起こるため、発生するリップルを低減させることができる。
＜第３の実施の形態における画素＞
図４１は、第３の実施の形態における画素５１ｄの構成を示す図である。図４１に示した画素５１ｄは、画素内に層内レンズを備えた構成とされている。
図４１に示した画素５１ｄは、層間膜１０４内に層内レンズ３３１が形成されている。この層内レンズ３３１は、プラズモンフィルタ１２１とフォトダイオード６１との間に形成され、フォトダイオード６１上に形成されている。プラズモンフィルタ１２１上には、層間膜１０２が形成されている。
層内レンズ３３１は、第２の実施の形態における画素５１ｃにおける導波路３０１と同じく、層内レンズ３３１の周りに形成されている層間膜１０４の屈折率よりも高い屈折率の材料が用いられて形成される。よって、層間膜１０４に層内レンズ３３１を形成することで、屈折率の異なる材料が混在した層となる。
層内レンズ３３１は、レンズとして機能し、光を集光する機能を有する。図４２に示すように、画素５１ｄに入射された入射光は、プラズモンフィルタ１２１を透過し、層間膜１０４を透過し、層内レンズ３３１に到着する。層内レンズ３３１に到着した光は、集光され、フォトダイオード６１に到着する。このように、層内レンズ３３１により光が集光されることにより、光同士の干渉が生じて、リップルが低減される。
＜第４の実施の形態における画素＞
図４３は、第４の実施の形態における画素５１ｅの構成を示す図である。図４３に示した画素５１ｅは、画素内に金属壁を備えた構成とされている。
図４３に示した画素５１ｅは、層間膜１０４内の画素５１ｅ間に、金属壁３５１が形成されている。この金属壁３５１は、プラズモンフィルタ１２１とフォトダイオード６１との間であり、画素５１ｅ間に形成されている。プラズモンフィルタ１２１上には、層間膜１０２が形成されている。
金属壁３５１を層間膜１０４に形成することで、図４４に示すように、入射された光は、プラズモンフィルタ１２１を透過し、層間膜１０４に到達する。層間膜１０４に到達した光は、直進してフォトダイオード６１に入射される光もあれば、金属壁３５１で反射されてフォトダイオード６１に入射される光もある。
このように、フォトダイオード６１には、金属壁３５１で反射した反射光と、金属壁３５１で反射せずに直進してきた光とが供給される。金属壁３５１で反射した反射光と、金属壁３５１で反射せずに直進してきた光、換言すれば、光路長が異なる光が、干渉を起こすことで、リップルが低減される。
金属壁３５１は、画素５１ｅ間以外の場所にも形成されるようにしても良い。例えば、図４５に示したように、画素５１ｅ間の他に、画素５１ｅの中央部分にも、金属壁３５１が形成されているようにしても良い。画素５１ｅ間以外の部分に設ける金属壁３５１の数や大きさは、ここに示した以外であっても良い。層間膜１０４に形成する金属壁３５１の数を多くすると、反射する光も増えるため、リップルを抑制する効果を高めることができる。
プラズモンフィルタ１２１は、用いる金属の種類により特性が変化する。例えば、図４３に示したように、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１が接するように形成した場合、金属壁３５１により、プラズモンフィルタ１２１の特性が変化してしまう可能性もある。このような特性の変化を防ぐために、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１が接するように形成する場合、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１は、同一の金属が用いられる。
プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１を、異なる金属で形成する場合、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１は、接しないように構成される。例えば、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１は、数百ｎｍ程度離れた位置に形成される。
なお、プラズモンフィルタ１２１の特性が変化しない、または変化したとしても、その特性の変化の範囲が、許容できる場合には、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１を、それぞれ異なる金属で形成し、プラズモンフィルタ１２１と金属壁３５１が接する状態で形成されるようにしても良い。
また、金属壁３５１として、接している層間膜１０４よりも屈折率が低い膜を使用してもよい。層間膜１０４より屈折率が低い膜を使用する事により、全反射または全反射に近い条件となり混色を抑制する事が出来る。ここでの膜は、ＳｉＯ２、Ｌｏｗ−ｋ膜などが代表例であるが、層間膜１０４よりも屈折率が低いものであれば良く特に限定されるものではない。また、単層構造である必要性もなく、積層構造でもよい。
図４３乃至４５では、金属壁３５１が、層間膜１０４内に形成されている場合、換言すれば、プラズモンフィルタ１２１の下側に形成されている場合を例に挙げて説明した。図４６に示すように、金属壁３５１（図４６では、金属壁３５２とする）は、層間膜１０２内に形成されている、換言すれば、プラズモンフィルタ１２１の上側に形成されているようにしても良い。
また、図４７に示すように、金属壁３５１を、層間膜１０４内に形成し、金属壁３５２を、層間膜１０２内に形成する構成としても良い。すなわち、プラズモンフィルタ１２１の上側と下側に、それぞれ金属壁３５１（３５２）が形成されているようにしても良い。
プラズモンフィルタ１２１の上側に金属壁３５２を形成した場合も、プラズモンフィルタ１２１に、直進して入射される光と、金属壁３５２で反射した反射光とを、供給することができるため、上記した場合と同じく、リップルを低減させることが可能となる。
なお、プラズモンフィルタ１２１の上側に形成される金属壁３５２は、図４６（図４７）に示したように、層間膜１０２の膜厚と同じ大きさで形成されていても良いが、プラズモンフィルタ１２１の上側に金属壁３５２を形成すると、入射光の進路が、金属壁３５２により妨げられ、いわゆるケラレが発生する可能性がある。よって、ケラレが発生することが無いような大きさで、金属壁３５２が形成されれば良く、図４６（図４７）に示したように、層間膜１０２の膜厚と同じ大きさで形成されていなくても良い。
また、プラズモンフィルタ１２１の上側に金属壁３５２を形成する場合、プラズモンフィルタ１２１と同様の金属で形成する、プラズモンフィルタ１２１と異種の金属で形成し、離した位置に形成する等の条件は、上記した金属壁３５１と同じである。
また、金属壁３５２としては、接している層間膜１０２よりも屈折率が低い膜を使用してもよい。層間膜１０２より屈折率が低い膜を使用する事により、全反射または全反射に近い条件となり混色を抑制する事が出来る。ここでの膜はＳｉＯ２、Ｌｏｗ−ｋ膜などが代表例であるが、層間膜１０２よりも屈折率が低いものであれば良く特に限定されるものではない。また、単層構造である必要性もなく、積層構造でもよい。
＜第５の実施の形態における画素＞
図４８は、第５の実施の形態における画素５１ｆの構成を示す図である。図４８に示した画素５１ｆは、画素内のフォトダイオード６１の一部がモスアイ構造とされている。
図４８に示した画素５１ｆは、フォトダイオード６１の層間膜１０４側は、凸凹した形状で形成されている。この凸凹した部分を、以下、モスアイ構造部と記述する。モスアイ構造部３７１は、フォトダイオード６１のプラズモンフィルタ１２１側に形成されている。プラズモンフィルタ１２１上には、層間膜１０２が形成されている。
モスアイ構造部３７１を備えることで、図４９に示すように、プラズモンフィルタ１２１を透過してフォトダイオード６１に到着した光は、モスアイ構造部３７１で散乱することになる。光が散乱することで、光路長が異なる光同士の干渉がおき、リップルを抑制することができる。
モスアイ構造部３７１は、凸凹構造とされているが、この凸凹の周期（凸部の頂点から隣接する凸部の頂点までの距離）は、光の波長と同程度、または光の波長よりも少し短い波長、例えば数百ｎｍ程度に設定される。なお、光の波長と同程度、または光の波長よりも少し短い波長、例えば数百ｎｍ程度に設定されるのは、一例であり、限定を示す記載ではなく、例えば、数ｕｍ程度であっても良い。
また、モスアイ構造部３７１の形状は、円錐とされる。または三角錘、四角錐などの多角錘や、三角柱、四角柱などの多角柱でも良い。モスアイ構造部３７１により、凸部から凹部にかけて徐々に屈折率が変化する形状であれば良い。
モスアイ構造部３７１は、フォトダイオード６１の上側（プラズモンフィルタ１２１側）に形成されるのではなく、図５０に示すように、フォトダイオード６１の下側（配線層１０６側）に形成されているようにしても良い。
図５０に示した画素５１ｆは、フォトダイオード６１の下側にモスアイ構造部３７２が形成されている。フォトダイオード６１の図中下側（入射面と反対側の面）には、配線層１０６が積層されている。フォトダイオード６１の下側にモスアイ構造部３７２を形成することで、配線層１０６で反射された反射光や、フォトダイオード６１と配線層１０６との界面で反射した反射光、この反射光が、フォトダイオード６１と層間膜１０４との界面で反射された多重反射による反射光などによるリップルを低減させることができる。
図５０に示した画素５１ｆのモスアイ構造部３７２も、図４９に示した画素５１ｆのモスアイ構造部３７１と同じく、凸凹の周期（凸部の頂点から隣接する凸部の頂点までの距離）は、数百ｎｍ程度や、数ｕｍ程度で形成され、その形状は、円錐、多角錘、多角柱などで形成される。
モスアイ構造部を有するさらに他の構成の画素５１ｆを、図５１に示す。図５１に示した画素５１ｆは、層間膜１０２上に、モスアイ構造部３７３が形成されている。この場合も、上記した場合と同じく、モスアイ構造部３７３により、入射される光が散乱されるため、その散乱された光や、入射された光が、干渉を起こし、リップルの発生が抑制される。
層間膜１０２上に、モスアイ構造部３７３を形成する場合、モスアイ構造部３７３と、層間膜１０２は、同一の材料で形成しても良いし、異なる材料で形成しても良い。層間膜１０２上（界面上）が、空気の場合、空気の屈折率（＝１）と差が大きい屈折率を有する材料で、モスアイ構造部３７３が形成されると、入射される光が、より散乱されやすくなり、リップルを低減する効果を増すことができる。
図５１に示した画素５１ｆのモスアイ構造部３７３も、図４９に示した画素５１ｆのモスアイ構造部３７１と同じく、凸凹の周期（凸部の頂点から隣接する凸部の頂点までの距離）は、数百ｎｍ程度や、数ｕｍ程度で形成され、その形状は、円錐、多角錘、多角柱などで形成される。
ところで、図５１に示した画素５１ｆのように、層間膜１０２上に、モスアイ構造部３７３を形成した場合、上記したように、入射される光が散乱されることで、リップルの発生を抑制することができるが、図５２に示すように、散乱光が、隣接画素５１ｆに入射され、混色の原因となってしまう可能性もある。
図５２は、画素５１ｆ−１と画素５１ｆ−２が隣接して配置され、それぞれの画素５１ｆ上に、モスアイ構造部３７３が形成されている。このモスアイ構造部３７３により入射光が散乱されるが、図中円形で囲った矢印のように、散乱光の一部は、隣接する画素５１ｆに入射される可能性がある。
このように、散乱光が隣接する画素５１ｆに入射されることを防ぐために、図５３に示すような構成とすることもできる。図５３に示した画素５１ｆは、図５２（図５１）に示した画素５１ｆと基本的な構成は同様であるが、遮光壁３８１を備えている点が異なる。遮光壁３８１は、画素５１ｆの間であり、層間膜１０２内に形成されている。
遮光壁３８１は、例えば、図４６に示した画素５１ｅの金属壁３５２と同じような構成とすることができ、金属で形成することができる。また、遮光壁３８１としては、接している層間膜１０２よりも屈折率が低い膜を使用してもよい。層間膜１０２より屈折率が低い膜を使用する事により、全反射または全反射に近い条件となり混色を抑制する事が出来る。ここでの膜はＳｉＯ２、Ｌｏｗ−ｋ膜などが代表例であるが、層間膜１０２よりも屈折率が低いものであれば良く特に限定されるものではない。また、単層構造である必要性もなく、積層構造でもよい。
図４８に示した画素５１ｆも、散乱光が隣接する画素５１ｆに入射される可能性がある。このことについて図５４を参照して説明する。図５４は、画素５１ｆ−１と画素５１ｆ−２が隣接して配置され、それぞれのフォトダイオード６１に、モスアイ構造部３７１が形成されている。このモスアイ構造部３７１により入射光が散乱されるが、図中円形で囲った矢印のように、散乱光の一部は、隣接する画素５１ｆに入射される可能性がある。
このような散乱光が隣接する画素５１ｆに入射されることを防ぐために、図５５に示すような構成とすることもできる。図５５に示した画素５１ｆは、図５４（図４８）に示した画素５１ｆと基本的な構成は同様であるが、絶縁膜３８２を備えている点が異なる。絶縁膜３８２は、画素５１ｆの間であり、フォトダイオード６１間に形成されている。
絶縁膜３８２が、フォトダイオード６１間に形成されることで、混色を抑制することができる。絶縁膜３８２は、ＳｉＯ２等で形成することができるが、ＳｉＯ２に限らず、フォトダイオード６１よりも屈折率が低いもの、換言すれば、シリコン（Ｓｉ）よりも屈折率が低いものであれば良く特に限定されるものではない。また、単層構造である必要性もなく、積層構造でもよい。また絶縁膜３８２中に、金属膜や半導体膜が形成された積層構造でも良い。
用途により組み合わせることで、より効率的に反射させることができるようになり、混色を抑制することができるようになる。また図示はしないが、図５０に示した画素５１ｆのように、フォトダイオード６１の配線層１０６側にモスアイ構造３７２を形成した場合も、図５５に示した画素５１ｆのように、絶縁膜３８２を形成した構成とすることができ、絶縁膜３８５を形成した構成とすることで、混色を低減させることができるようになる。
＜第６の実施の形態における画素＞
図５６は、第６の実施の形態における画素５１ｇの構成を示す図である。
上記した実施の形態は、組み合わせて適用することが可能である。第６の実施の形態として、第２乃至第５の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図５６に示す。
図５６に示した画素５１ｇは、第２の実施の形態が適用されることで、導波路３０１が層間膜１０４に形成されている。図５６に示した例では、図３８に示した導波路３０１−１乃至３０１−３の３本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用した場合の画素５１ｇの構成を示しているが、図３７に示した１本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用した構成とすることもできる。
また図５６に示した画素５１ｇは、第３の実施の形態が適用されることで、層内レンズ３３１が層間膜１０４に形成されている。また図５６に示した画素５１ｇは、第４の実施の形態が適用されることで、金属壁３５１が、層間膜１０４の画素５１ｇ間に形成されている。
さらに、図５６に示した画素５１ｇは、第５の実施の形態が適用されることで、モスアイ構造部３７１乃至３７３が形成されている。図５６に示した例では、図４８に示したモスアイ構造部３７１、図５０に示したモスアイ構造部３７２、および図５１に示したモスアイ構造部３７３の全てが形成されている場合の画素５１ｇの構成を示しているが、モスアイ構造部３７１乃至３７３のうちのいずれか１つまたは２つが形成されている構成とすることもできる。また、図５３または図５５に示した画素５１ｆのように、遮光壁３８１または絶縁膜３８２を備える構成とすることもできる。
上記したように、第２乃至第５の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第２乃至第５の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
なお、ここでは、第２乃至第５の実施の形態の４つを組み合わせた例を示したが、第２乃至第５の実施の形態のうちの、２つの実施の形態を組み合わせたり、３つの実施の形態を組み合わせたりすることも可能であり、そのような組み合わせであっても、同様にリップルを抑制する効果を得られる。さらに第１の実施の形態と組み合わせることも可能である。そこで、以下に、第１の実施の形態と他の実施の形態を組み合わせた場合について説明を加える。
＜第７の実施の形態における画素＞
図５７は、第７の実施の形態における画素５１ｈの構成を示す図である。
第７の実施の形態として、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図５７に示す。
図５７に示した画素５１ｈは、第１の実施の形態が適用されることで、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。また、図５７に示した画素５１ｈは、第２の実施の形態が適用されることで、導波路３０１が層間膜１０４に形成され、かつ画素５１ｈの中央部分に形成されている。
図５７に示した例では、図３７に示した１本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用した場合の画素５１ｈの構成を示したが、図３８に示した導波路３０１−１乃至３０１−３の３本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用し、図５８に示した画素５１ｈの構成とすることも可能である。図５８に示し画素５１ｈは、導波路３０１−１乃至３０１−３の３本の導波路３０１が層間膜１０４に形成されている。
さらに、図５８に示した画素５１ｈにおいて、中央部分に形成されている導波路３０１−２を削除した構成としても良い。すなわち、図５９に示したように、２本の導波路３０１−１と導波路３０１−３を備える画素５１ｈとすることも可能である。
図５７に示した画素５１ｈを再度参照する。図５７に示した画素５１ｈのフォトダイオード６１には、プラズモンフィルタ１２１−１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−１と導波路３０１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−２と導波路３０１を通過した光、およびプラズモンフィルタ１２１−４を通過した光が入射される。この場合、４つの経路を通過した光が、フォトダイオード６１に入射される。
また、プラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２との段差部であるプラズモンフィルタ１２１−３の部分にも、導波路３０１が形成されているため、この部分においても、異なる経路を生み出すことができる。
図５７に示した画素５１ｈにおいては、フォトダイオード６１に入射される光を、４種類以上の経路を通過してきた光とすることができ、リップルを抑制する効果を高めることができる。
同様に、図５８に示した画素５１ｈのフォトダイオード６１には、プラズモンフィルタ１２１−１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−１と導波路３０１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−２と導波路３０１を通過した光、およびプラズモンフィルタ１２１−４を通過した光が入射される。また、プラズモンフィルタ１２１−３の部分にも、導波路３０１が形成されているため、この部分においても、異なる経路を生み出すことができる。
図５８に示した画素５１ｈにおいても、フォトダイオード６１に入射される光を、４種類以上の経路を通過してきた光とすることができ、リップルを抑制する効果を高めることができる。
図５９に示した画素５１ｈのフォトダイオード６１には、プラズモンフィルタ１２１−１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−１と導波路３０１を通過した光、プラズモンフィルタ１２１−２と導波路３０１を通過した光、およびプラズモンフィルタ１２１−４を通過した光が入射される。
図５９に示した画素５１ｈにおいても、フォトダイオード６１に入射される光を、４種類の経路を通過してきた光とすることができ、リップルを抑制する効果を高めることができる。
図５７または図５８に示した画素５１ｈのように、段差の部分であるプラズモンフィルタ１２１−３の部分にも導波路３０１を形成した場合と、図５９に示した画素５１ｈのように、プラズモンフィルタ１２１−３の部分には導波路３０１を形成しない場合とを比較した場合、前者の方が、リップルを抑制する効果は高い。一方で、後者の方が、段差部の加工が容易、換言すれば、段差部に導波路３０１を形成するための加工が不要となるため、製造時のコストを下げることができる。
上記したように、第１の実施の形態と第２の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
＜第８の実施の形態における画素＞
図６０は、第８の実施の形態における画素５１ｉの構成を示す図である。
第８の実施の形態として、第１の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図６０に示す。
図６０に示した画素５１ｈは、第１の実施の形態が適用されることで、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。また、図６０に示した画素５１ｉは、第３の実施の形態が適用されることで、層内レンズ３３１が層間膜１０４に形成されされている。
上記したように、第１の実施の形態と第３の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第１の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
＜第９の実施の形態における画素＞
図６１は、第９の実施の形態における画素５１ｊの構成を示す図である。
第９の実施の形態として、第１の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図６１に示す。
図６１に示した画素５１ｊは、第１の実施の形態が適用されることで、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。また、図６１に示した画素５１ｊは、第４の実施の形態が適用されることで、金属壁３５１が層間膜１０４に形成され、かつ画素５１ｊ間に形成されている。
図６１に示した例では、図４３に示した画素間に金属壁３５１が形成されている実施の形態を適用した場合の画素５１ｊの構成を示したが、図４５に示した３本の金属壁３５１が形成されている実施の形態を適用し、図６２に示した画素５１ｊの構成とすることも可能である。図６２に示し画素５１ｊは、画素５１ｊ間と、画素５１ｊの略中央部分（プラズモンフィルタ１２１の段差の部分）にも金属壁３５１が形成されている。
さらに、図示はしないが、図４６に示したプラズモンフィルタ１２１の上側であり、層間膜１０２に金属壁３５２が形成されている実施の形態を適用し、第１の実施の形態と第４の実施の形態が組み合わされた画素５１ｈとしても良い。
さらに、図示はしないが、図４７に示したプラズモンフィルタ１２１の上側であり、層間膜１０２に金属壁３５２が形成され、プラズモンフィルタ１２１の下側であり、層間膜１０４に金属壁３５１が形成されている実施の形態を適用し、第１の実施の形態と第４の実施の形態が組み合わされた画素５１ｈとしても良い。
上記したように、第１の実施の形態と第４の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第１の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
＜第１０の実施の形態における画素＞
図６３は、第１０の実施の形態における画素５１ｋの構成を示す図である。
第１０の実施の形態として、第１の実施の形態と第５の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図６３に示す。
図６３に示した画素５１ｋは、第１の実施の形態が適用されることで、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。また、図６３に示した画素５１ｋは、第５の実施の形態が適用されることで、フォトダイオード６１の光入射面側にモスアイ構造部３７１が形成されされている。
図６３に示した例では、図４８に示したフォトダイオード６１の光入射面側にモスアイ構造部３７１が形成されている実施の形態を適用した場合の画素５１ｋの構成を示したが、図５０に示したフォトダイオード６１の配線層１０６（不図示）側にモスアイ構造部３７２が形成されている実施の形態を適用し、図６４に示した画素５１ｋの構成とすることも可能である。図６４に示し画素５１ｋは、フォトダイオード６１の配線層１０６にモスアイ構造部３７２が形成されている。
また、図５１に示した層間膜１０２上にモスアイ構造部３７３が形成されている実施の形態を適用し、図６５に示した画素５１ｋの構成とすることも可能である。図６５に示した画素５１ｋは、層間膜１０２上にモスアイ構造部３７２が形成されている。
さらに、図示はしないが、図４８に示したフォトダイオード６１の光入射面側にモスアイ構造部３７１が形成されている実施の形態、図５０に示したフォトダイオード６１の配線層１０６（不図示）側にモスアイ構造部３７２が形成されている実施の形態、および図５１に示した層間膜１０２上にモスアイ構造部３７３が形成されている実施の形態のうちの２または３つの実施の形態を適用した画素５１ｈとすることも可能である。また、図５３または図５５に示した画素５１ｆのように、遮光壁３８１または絶縁膜３８２を備えた画素５１ｈとすることも可能である。
上記したように、第１の実施の形態と第５の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第１の実施の形態と第５の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
＜第１１の実施の形態における画素＞
図６６は、第１１の実施の形態における画素５１ｍの構成を示す図である。
第１１の実施の形態として、第１乃至第５の実施の形態を組み合わせた画素５１の一例を、図６６に示す。図６６に示した画素５１ｍは、第１の実施の形態と第６の実施の形態を組み合わせた画素５１の構成でもある。
図６６に示した画素５１ｍは、第１の実施の形態が適用されることで、高さの異なるプラズモンフィルタ１２１−１とプラズモンフィルタ１２１−２が形成されている。また、図６６に示した画素５１ｍは、第２の実施の形態が適用されることで、導波路３０１が層間膜１０４に形成されている。図６６に示した例では、図３８に示した導波路３０１−１乃至３０１−３の３本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用した場合の画素５１ｍの構成を示しているが、図３７に示した１本の導波路３０１が形成されている実施の形態を適用した構成とすることもできる。
また図６６に示した画素５１ｍは、第３の実施の形態が適用されることで、層内レンズ３３１が層間膜１０４に形成されている。また図６６に示した画素５１ｍは、第４の実施の形態が適用されることで、金属壁３５１が、層間膜１０４の画素５１ｍ間に形成されている。
さらに、図６６に示した画素５１ｍは、第５の実施の形態が適用されることで、モスアイ構造部３７１乃至３７３が形成されている。図６６に示した例では、図４８に示したモスアイ構造部３７１、図５０に示したモスアイ構造部３７２、および図５１に示したモスアイ構造部３７３の全てが形成されている場合の画素５１ｍの構成を示しているが、モスアイ構造部３７１乃至３７３のうちのいずれか１つまたは２つが形成されている構成とすることもできる。また、図５３または図５５に示した画素５１ｆのように、遮光壁３８１または絶縁膜３８２を備えた構成とすることもできる。
上記したように、第１乃至第５の実施の形態の各実施の形態だけでも、リップルを抑制する効果を得られるが、第１乃至第５の実施の形態を組み合わせることで、相乗効果を期待でき、よりリップルを抑制できるようになる。
上記した第１乃至第１１の実施の形態においては、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１を例に挙げて説明したが、本技術が適用される撮像装置に適用できる狭帯域フィルタＮＢとしては、ホールアレイ構造の他に、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計を用いることができる。
ファブリーペロー干渉計が用いられる場合においても、ファブリーペロー干渉計の上部に層間膜が存在する場合があり、そのような構成の場合、意図しない反射が存在する可能性がある。本技術を適用することで、ファブリーペロー干渉計を用いた場合も、リップルを抑制することができる。なお、ファブリーペロー干渉計を狭帯域フィルタＮＢとして用い、例えば、第１の実施の形態を適用した場合、ファブリーペロー干渉計の本体の高さを変えることで、リップルを抑制することができる構成とすることができる。
なお、上記した実施の形態は、撮像装置を例に挙げて説明をしたが、本技術は、撮像装置に適用範囲が限定されることを示す記載では無く、撮像装置以外に適用することも可能である。
例えば、プラズモンフィルタやファブリーペロー干渉計を備えるセンサに適用することも可能である。例えば、所定の波長の光を受光し、その受光量を測定する測定装置に適用できる。本技術は、電磁波を処理する電磁波処理装置に広く適用できる。
本技術によれば、光路長の異なる光を作り出すことができ、異なる光路長の光が干渉し合うようにすることができ、リップルを抑制することができる。
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術（本技術）は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図６７は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図６７では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図６８は、図６７に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、カメラヘッド１１１０２や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像素子１２を、撮像部１１４０２に適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より詳細かつ高精度な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜移動体への応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図６９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図６９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図６９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図７０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図７０では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図７０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像装置１０を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、車外の情報をより詳細かつ高精度に取得することができ、自動運転の安全性の向上等を実現することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜と
を備え、
前記狭帯域フィルタは、段差がある形状で形成されている
電磁波処理装置。
（２）
前記段差は、１光電変換素子毎に形成されている
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（３）
前記段差は、光電変換素子間であり、前記層間膜内に形成されている
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（４）
前記段差の大きさは、着目波長の１／４に設定されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（５）
１光電変換素子内に、異なる大きさの前記段差が形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（６）
前記段差には、反射を抑制する反射防止膜が形成されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（７）
光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
前記層間膜に形成された導波路と
を備える電磁波処理装置。
（８）
光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
前記層間膜に形成されたレンズと
を備える電磁波処理装置。
（９）
光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間であり、かつ前記光電変換素子間の前記層間膜に形成された金属壁と
を備える電磁波処理装置。
（１０）
光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記狭帯域フィルタの光入射側に形成された層間膜と
を備え、
前記光電変換素子の前記光入射面側、前記光入射面と対向する面、および前記層間膜の界面の少なくとも１面に、凹凸の形状が形成されている
電磁波処理装置。
（１１）
前記狭帯域フィルタは、ホールアレイ型のプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１２）
前記狭帯域フィルタは、ドットアレイ型のプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１３）
前記狭帯域フィルタは、ＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１４）
前記狭帯域フィルタは、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１５）
前記狭帯域フィルタは、ファブリーペロー干渉計である
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
１０ 撮像装置， １１ 光学系， １２ 撮像素子， １３ メモリ， １４ 信号処理部， １５ 出力部， １６ 制御部， ２１ プラズモンフィルタ， ３１ 画素アレイ部， ３２ 行走査回路， ３３ ＰＬＬ， ３５ カラムＡＤＣ回路， ３６ 列走査回路， ３７ センスアンプ， ５１ 画素， ６１ フォトダイオード， ６２ 転送トランジスタ， ６３ フローティングディフュージョン， ６４ 増幅トランジスタ， ６５ 選択トランジスタ， ６６ リセットトランジスタ， ７１ 比較器， ７２ カウンタ， １０１ オンチップマイクロレンズ， １０２ 層間膜， １０３ 狭帯域フィルタ層， １０４ 層間膜， １０５ 光電変換素子層， １０６ 配線層， １２１ プラズモンフィルタ， １３１ 導体薄膜， １３２ ホール， １３３ ドット， １３４ 誘電体層， １５１ プラズモンフィルタ， １６１ 導体層， １６２ ＳｉＯ２膜， １６３ ＳｉＮ膜， １６４ ＳｉＯ２基板， １７１ プラズモンフィルタ， １８１ 貫通孔， １８２ 凸部， ２０１ ファブリーペロー干渉計， ２０２ 半透鏡， ２０３ 半透鏡， ２５１ レンズ， ２７１ 反射防止膜， ３０１ 導波路， ３３１ 層内レンズ， ３５１，３５２ 金属壁， ３７１乃至３７３ モスアイ構造部

Claims (15)

  1. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
    前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜と
    を備え、
    前記狭帯域フィルタは、段差がある形状で形成されている
    電磁波処理装置。
  2. 前記段差は、１光電変換素子毎に形成されている
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  3. 前記段差は、光電変換素子間であり、前記層間膜内に形成されている
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  4. 前記段差の大きさは、着目波長の１／４に設定されている
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  5. １光電変換素子内に、異なる大きさの前記段差が形成されている
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  6. 前記段差には、反射を抑制する反射防止膜が形成されている
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  7. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
    前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
    前記層間膜に形成された導波路と
    を備える電磁波処理装置。
  8. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
    前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
    前記層間膜に形成されたレンズと
    を備える電磁波処理装置。
  9. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
    前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間に形成された層間膜と、
    前記光電変換素子と前記狭帯域フィルタとの間であり、かつ前記光電変換素子間の前記層間膜に形成された金属壁と
    を備える電磁波処理装置。
  10. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
    前記狭帯域フィルタの光入射側に形成された層間膜と
    を備え、
    前記光電変換素子の前記光入射面側、前記光入射面と対向する面、および前記層間膜の界面の少なくとも１面に、凹凸の形状が形成されている
    電磁波処理装置。
  11. 前記狭帯域フィルタは、ホールアレイ型のプラズモンフィルタである
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  12. 前記狭帯域フィルタは、ドットアレイ型のプラズモンフィルタである
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  13. 前記狭帯域フィルタは、ＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタである
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  14. 前記狭帯域フィルタは、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタである
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
  15. 前記狭帯域フィルタは、ファブリーペロー干渉計である
    請求項１に記載の電磁波処理装置。
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