JP2019140230A - 固体撮像素子、電子装置、および、電子装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子、電子装置、および、電子装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】分光スペクトルを求める固体撮像素子において、リップルを抑制する。【解決手段】固体撮像素子は、表面層、フィルタ層、および、光電変換層を具備する。この固体撮像素子において、表面層の厚さは、入射光のコヒーレンス長の半分を越える。また、固体撮像素子においてフィルタ層は、表面層を透過した入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射する。また、固体撮像素子において光電変換層は、フィルタ層を透過した所定の対象光を光電変換する。【選択図】図４

Description

本技術は、固体撮像素子、電子装置、および、電子装置の製造方法に関する。詳しくは、光学フィルタを用いて分光を行う固体撮像素子、電子装置、および、電子装置の製造方法に関する。
従来より、光を複数の色に分解（すなわち、分光）する際に、所望の波長を通過させる光学フィルタが用いられている。例えば、有機光電変換層、カラーフィルタおよび無機光電変換層を配置した固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この固体撮像素子において、有機光電変換層は入射光を光電変換して、ある波長の受光データを生成する。その有機光電変換層を透過した光のうち所望の波長の光をカラーフィルタが透過し、無機光電変換層が、その透過光を光電変換して、有機光電変換層とは別の波長の受光データを生成する。そして、それらの受光データから、波長ごとの強度（スペクトル）の分布である分光スペクトルが求められる。この分光スペクトルにおいて、スペクトルの軌跡が波打つ（言い換えれば、振動する）ことがあり、その振動はリップルと呼ばれる。
特開２０１１−２３８６５８号公報
上述の従来技術では、分光スペクトルを解析することにより、生体認証や植生調査などの様々な処理を行うことができる。しかしながら、上述の構成では、固体撮像素子の受光面で反射した光とカラーフィルタで反射した光とが干渉することにより、リップルが大きくなるおそれがある。リップルが大きいと、生体認証などの処理において精度が低下するため、リップルを抑制することが望ましい。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、分光スペクトルを求める固体撮像素子において、リップルを抑制することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、上記表面層を透過した上記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを上記表面層へ反射するフィルタ層と、上記フィルタ層を透過した上記所定の対象光を光電変換する光電変換層とを具備する固体撮像素子である。これにより、表面層の受光面で反射した反射光と、表面層およびフィルタ層の界面で反射した反射光との光路差がコヒーレンス長未満になるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記表面層は、反射防止膜を備えてもよい。これにより、表面層の反射率が低減するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記表面層は、二酸化ケイ素の層をさらに備えてもよい。これにより、二酸化ケイ素層の受光面で反射した反射光と、二酸化ケイ素層およびフィルタ層の界面で反射した反射光との光路差がコヒーレンス長未満になるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記表面層は、透明樹脂の層をさらに備えてもよい。これにより、シリコンウェハの反りが抑制されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記表面層は、応力緩和樹脂の層をさらに備えてもよい。これにより、透明樹脂層の剥離が防止されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記フィルタ層は、表面プラズモン共鳴フィルタを備えてもよい。これにより、所望の波長の光がフィルタ層を透過するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記フィルタ層は、ファブリぺロ共振器を備えてもよい。これにより、所望の波長の光がフィルタ層を透過するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記入射光は、自然光を含み、上記表面層の厚さは、２．０マイクロメートルを下回らない構成とすることもできる。これにより、リップルが低減するという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、上記表面層を透過した上記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを上記表面層へ反射するフィルタ層と、上記フィルタ層を透過した上記所定の対象光を光電変換して画素信号を生成する光電変換層と、上記画素信号に対して所定の信号処理を実行する信号処理部とを具備する電子装置、および、その製造方法である。これにより、リップルの低減した分光スペクトルが求められるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、カバーガラスをさらに具備し、上記入射光は、上記カバーガラスと所定の気体とを介して上記表面層に入射されてもよい。これにより、オンチップレンズ無しの固体撮像素子において分光が行われるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記信号処理において正規化植生指数を求めてもよい。これにより、植生が調査されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記信号処理部は、上記信号処理において生体認証を行うこともできる。これにより、セキュリティが向上するという作用をもたらす。
本技術によれば、分光スペクトルを求める固体撮像素子において、リップルを抑制することができるという優れた効果を奏し得る。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。
本技術の第１の実施の形態における電子装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態におけるカメラモジュールの断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における画素の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における表面プラズモン共鳴フィルタの平面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における画素毎の直径および周期の一例を示す図である。 比較例における厚さを０．１マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 比較例における厚さを１．０マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 比較例における厚さを１．５マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態における厚さを２．０マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態における厚さを２．５マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態における分光振幅の測定結果を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子を形成した電子装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるレジストを塗布した電子装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における最初のエッチングを行った電子装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるエッチング後にレジストを塗布した電子装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における２回目のエッチングを行った電子装置の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における電子装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本技術の第２の実施の形態における画素の断面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態における分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第２の実施の形態における周期および直径を変更した際の分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第３の実施の形態における画素の断面図の一例である。 本技術の第３の実施の形態における分光感度特性の一例を示すグラフである。 本技術の第４の実施の形態における画素の断面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態におけるファブリぺロ共振器の断面図の一例である。 本技術の第５の実施の形態における電子装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第５の実施の形態における波長ごとの反射率の一例を示すグラフである。 本技術の第６の実施の形態における電子装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第６の実施の形態における波長ごとの反射率の一例を示すグラフである。 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。 図３０に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくする例）
２．第２の実施の形態（透明樹脂を含む表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくする例）
３．第３の実施の形態（応力緩和樹脂層を含む表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくする例）
４．第４の実施の形態（表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくし、その下方にファブリぺロ共振器を配置する例）
５．第５の実施の形態（表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくして植生調査を行う例）
６．第６の実施の形態（表面層の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくして生体認証を行う例）
７．内視鏡手術システムへの応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［電子装置の構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における電子装置１００の一構成例を示すブロック図である。この電子装置１００は、光を分光するための装置であり、カメラモジュール１１０、信号処理部１２０および表示部１３０を備える。電子装置１００としては、生体認証機能を持つスマートフォンや、ドローンに搭載されるカメラなどが想定される。
カメラモジュール１１０は、垂直走査信号などに同期して画像データを撮像するものである。このカメラモジュール１１０は、画像データを信号処理部１２０に信号線１１９を介して供給する。
信号処理部１２０は、画像データに対して所定の信号処理を実行するものである。この信号処理部１２０は、信号処理において、分光スペクトルを求める。この分光スペクトルは、生体認証などに用いられる。信号処理部１２０は、処理結果を表示部１３０に信号線１２９を介して供給する。表示部１３０は、処理結果を表示するものである。
［カメラモジュールの構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態におけるカメラモジュール１１０の断面図の一例である。このカメラモジュール１１０は、カバーガラス１１１、固体撮像素子２００および支持基板１１３を備える。
ここで、カバーガラス１１１や固体撮像素子２００の受光面に平行な所定方向をＸ方向とし、受光面に垂直な方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。同図の断面図は、Ｙ方向から見た図である。
カバーガラス１１１は、固体撮像素子２００の受光面を保護するものである。カバーガラス１１１と固体撮像素子２００との間には、空気や乾燥窒素ガスなどの所定の気体が充填されている。また、固体撮像素子２００は、ワイヤ１１２を介して支持基板１１３に接続されている。
［固体撮像素子の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、垂直駆動部２１０、画素アレイ部２２０、タイミング制御部２３０、カラム信号処理部２４０および水平駆動部２５０を備える。
画素アレイ部２２０には、二次元格子状に複数の画素３００が配列される。以下、水平方向に配列された画素３００の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素３００の集合を「列」と称する。
また、画素アレイ部２２０は、それぞれが所定数の画素３００からなる複数の画素ブロック２２１に分割される。例えば、画素ブロック２２１のそれぞれは、４行×４列の１６個の画素３００から構成される。画素ブロック２２１内の画素３００のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光して画素信号を生成し、カラム信号処理部２４０に供給する。
タイミング制御部２３０は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して垂直駆動部２１０、カラム信号処理部２４０および水平駆動部２５０のそれぞれの動作タイミングを制御するものである。垂直駆動部２１０は、行を順に駆動して画素信号を出力させるものである。
カラム信号処理部２４０は、画素アレイ部２２０からの画素信号に対して、列ごとに、ＡＤ（Analog to Digital）変換処理や、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理などを実行するものである。このカラム信号処理部２４０は、処理後の画素信号を垂直駆動部２１０の制御に従って信号処理部１２０に出力する。水平駆動部２５０は、列を順に選択して、その列の画素信号を出力させるものである。
［画素の構成例］
図４は、本技術の第１の実施の形態における画素３００の断面図の一例である。支持基板１１３からカバーガラス１１１（言い換えれば、受光側）への方向を上方向として、画素３００の最上層には、表面層３１０が配置される。
表面層３１０は、屈折率が１の空気を介して光が入射される最初の層であり、固体撮像素子２００の表面を保護するために設けられる。この表面層３１０の屈折率は例えば、１より大きい。表面層３１０として、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層３１１が用いられる。また、表面層の３１０の下層にフィルタ層３２０が配置される。
なお、表面層３１０に二酸化ケイ素層３１１のみを配置しているが、後述するように、さらに反射防止膜を配置して表面層３１０を２層構造としてもよい。
フィルタ層３２０は、表面層３１０を透過した入射光のうち所定の対象光を透過し、残りを表面層３１０へ反射するものである。このフィルタ層３２０は、上から順に酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）層３２１、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層３２２、酸窒化ケイ素層３２３、二酸化ケイ素層３２４および表面プラズモン共鳴フィルタ３４０を備える。
酸窒化ケイ素層３２１、窒化ケイ素層３２２および酸窒化ケイ素層３２３のそれぞれの屈折率は異なり、それらの層の厚さを変更することにより、フィルタ層３２０の反射率を調整することができる。また、窒化ケイ素層３２２は、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０に用いられるアルミの酸化を防止するパッシベーション層として機能する。
表面プラズモン共鳴フィルタ３４０は、表面プラズモンと光とが共鳴する表面プラズモン共鳴現象を利用して所定の波長の光を透過するものである。ここで、プラズモンとは、金属微粒子に光が当たって、その内部の電子が揺さぶられて電場に変化が生じ、自由電子が偏った状態を意味し、表面プラズモンとは、金属表面で生じたプラズモンを指す。この表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の構造の詳細については後述する。
フィルタ層３２０の下方には二酸化ケイ素層３３１が配置される。この二酸化ケイ素層３３１の外周の近傍には、遮光膜３３２が配置される。遮光膜３３２は、隣接する画素からの光を遮光するものであり、混色を防止するために設けられる。
二酸化ケイ素層３３１の下方には、反射防止膜３３３が配置され、その反射防止膜３３３の下方には光電変換層３３４が配置される。
光電変換層３３４は、フィルタ層３２０を透過した対象光を光電変換して画素信号を生成するものである。光電変換層３３４として、例えば、ｐｎ接合のフォトダイオードが形成されたシリコン基板が用いられる。光電変換層３３４の下方には、配線層がさらに配置されているが、記載の便宜上、配線層は省略されている。
ここで、リップルの発生要因について述べる。空気と表面層３１０とのそれぞれの屈折率が異なるため、表面層３１０に入射光が入射されると、表面層３１０の受光面ｐ１において入射光の一部が透過し、残りが反射する。図４における太い実線は、入射光と、その一部が反射した反射光ｒ１とを示す。
また、表面層３１０とフィルタ層３２０とのそれぞれの屈折率が異なるため、受光面ｐ１を透過した透過光は、表面層３１０およびフィルタ層３２０の界面ｐ２において透過光の一部が透過し、残りが反射する。図４における一点鎖線は、受光面ｐ１を透過した透過光と、その一部が反射した反射光ｒ２とを示す。
これらの反射光ｒ１と反射光ｒ２との重ね合わせにより干渉が生じる。このときに、反射光ｒ１およびｒ２のそれぞれの光路長の差と、反射による位相反転の有無とにより、それらの光の位相差が決定される。位相差が波長の整数倍の場合には強めあい、半波長ずれる場合には弱めあうことになる。この干渉により、画素３００の反射率が変動する。同様に透過率も変動する。
また、干渉においては、ｍ（ｍは整数）次と、ｍ＋１次とが強めあう際の波長間隔Δλは、次の式により表される。
Δλ＝λ／（４ｎ１）×（４Δｎ＋λ／ｄ） ・・・式１
上式において、λは、入射光（自然光など）の波長を示し、単位は、例えば、マイクロメートル（μｍ）である。ｎ１は、表面層３１０の屈折率を示す。Δｎは、表面層３１０の波長に対する屈折率の差であり、屈折率波長分散を示す。ｄは、表面層３１０の厚さを示し、単位は、例えば、マイクロメートル（μｍ）である。
式１より、厚さｄが大きくなるほど、また、屈折率分散Δｎが小さくなるほど、スペクトルの振動（リップル）の周期を表す波長間隔Δλが短くなる。このように、リップルは、反射光ｒ１およびｒ２の干渉により生じる。したがって、リップルを小さくするには、干渉を弱めればよい。
ここで、干渉現象は、反射光ｒ１およびｒ２の光路差である２ｄがコヒーレンス長以下のときに生じる。すなわち、次の式が成立する際に干渉が生じる。
２ｄ≦Ｌｃ ・・・式２
上式においてＬｃは入射光のコヒーレンス長であり、次の式により表される。
Ｌｃ≒λ２／δλ
上式において、δλは、スペクトル半値幅であり、単位は、例えば、マイクロメートル（μｍ）である。自然光では、コヒーレンス長Ｌｃは、数マイクロメートル（μｍ）程度である。
したがって、式２より、表面層３１０の厚さｄを、次の式を満たす値とすれば、可干渉性を喪失させることができる。すなわち、表面層３１０の厚さｄをコヒーレンス長Ｌｃの半分より大きくすることにより、リップルを低減することができる。
ｄ＞Ｌｃ／２ ・・・式３
なお、画素３００ごとにＯＣＬ（On-Chip micro-Lenses）を設ける構成としても、リップルを緩和することができるが、この構成は好ましくない。ＯＣＬを設けると、そのレンズの中心付近で垂直入射した光は、そのまま表面層３１０に垂直入射するが、中心からずれた位置に入射した光は、表面層３１０において斜め方向に入射することになる。このときに、斜め方向に入射した光は、垂直入射した光に対して、光路長が変化するため、リップルが波長シフトを起こす。したがって、１つの光電変換層３３４に異なる光が同時に入射されるために積算されてリップルが緩和されたように見えるのであり、干渉効果自体は緩和されていない。そして、その斜め入射の成分により、ピーク波長が長波長シフトを起こしてブロードな分光に変化してしまうというデメリットが生じる。
これに対して固体撮像素子２００では、図２に例示したようにＯＣＬレスの構造である。このため、ＯＣＬを設けた場合と比較して信号処理のナロー化が可能となる。ここで、ＯＣＬレスは、最上層の表面層３１０にＯＣＬが無く、平坦であることを意味する。なお、「平坦」とは、光の波長より大きな凹凸が無く、光学的に平坦と見なせる状態を意味する。
［フィルタの構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態における表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の平面図の一例である。この表面プラズモン共鳴フィルタ３４０は、アルミ（Ａｌ）などの薄膜に複数の孔３４１を一定間隔で空けたものである。隣接する孔３４１の間隔は、「周期」と呼ばれる。孔３４１の直径Ｄと、周期Ｐとを変更することにより、透過分光スペクトルと、そのピーク波長とを調整することができる。なお、アルミの代わりに、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）の薄膜を用いることもできる。また、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の上層や下層、あるいは孔３４１の中に、酸化膜等の誘電体を配置してもよい。
図６は、本技術の第１の実施の形態における画素毎の直径および周期の一例を示す図である。画素ブロック２２１内の画素３００ごとに、その画素の表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の直径および周期の少なくとも一方が異なる。
画素ブロック２２１には４行×４列に１６個の画素３００が配列されるため、例えば、ｘを「０」乃至「３」とし、ｙを「０」乃至「３」として、画素ブロック２２１内の画素３００の相対座標は（ｘ，ｙ）により表される。
例えば、ｘ座標「０」の画素３００の周期にはＰ０が設定され、ｘ座標「１」の画素３００の周期にはＰ１が設定される。また、ｘ座標「２」の画素３００の周期にはＰ２が設定され、ｘ座標「３」の画素３００の周期にはＰ３が設定される。そして、ｙ座標「０」の画素３００の直径にはＤ０が設定され、ｙ座標「１」の画素３００の直径にはＤ１が設定される。また、ｙ座標「２」の画素３００の直径にはＤ２が設定され、ｙ座標「３」の画素３００の直径にはＤ３が設定される。
上述したように、画素ブロック２２１ごとに、１６通りの直径および周期の組合せを設定することにより、入射光を１６波長に分光することができる。これらの波長ごとの信号レベルをプロットすることにより、分光スペクトルが得られる。この分光スペクトルは、生体認証や植生調査などの様々なアプリケーションにおいて利用することができる。分光スペクトルにおいてリップルが生じると、アプリケーションの性能が低下するおそれがあるが、式３を満たす厚さｄとすることにより、リップルを低減して性能低下を抑制することができる。
なお、画素ブロック２２１内の画素数は、１６個に限定されず、例えば、３×３の９個や５×５の２５個であってもよい。画素ブロック２２１内の画素数をｎ（ｎは、整数）個とすると、ｎ個の波長成分に分光することができる。
リップル低減の効果を検証するために、様々な厚さｄを設定した場合の分光感度特性を３次元のＦＤＴＤ（Finite-Difference Time-Domain）法を用いて見積もった。
図７は、厚さｄを０．１マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。
図８は、厚さｄを１．０マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。
図９は、厚さｄを１．５マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。
図１０は、厚さｄを２．０マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。
図１１は、厚さｄを２．５マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性の一例を示すグラフである。図７乃至図１１において、縦軸は、分光感度を示し、横軸は波長を示す。
図１２は、本技術の第１の実施の形態における分光振幅の測定結果を示すグラフである。同図において、縦軸は、図７乃至図１１から得られた分光振幅を示し、横軸は、厚さｄを示す。この分光振幅は、リップルの大きさを表す。
厚さｄが２．０マイクロメートル（μｍ）未満の場合には、厚さｄを小さくするほど分光振幅（リップル）が小さくなり、低減効果が大きい。一方、厚さｄが２．０マイクロメートル（μｍ）以上の場合には、分光振幅が飽和する。このため、入射光を自然光とする場合、ｄは２．０マイクロメートル（μｍ）以上であることが望ましい。
［電子装置の製造方法］
次に、電子装置１００の製造方法について説明する。電子装置１００の製造システムにより、まず、支持基板１１３上に、固体撮像素子２００が形成される。
図１３は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００を形成した電子装置１００の断面図の一例である。固体撮像素子２００には、前述したように、上から順に、表面層３１０から光電変換層３３４までが設けられ、光電変換層３３４の下方に配線層４１０が設けられる。この配線層４１０には、パッド４１１が設けられる。次いで、固体撮像素子２００の表面層３１０において、一部を開口させたレジストが塗布される。
図１４は、本技術の第１の実施の形態におけるレジストを塗布した電子装置１００の断面図の一例である。パッド４１１の接続箇所においてレジスト５０１が開口している。次に、リソグラフィ技術を用いて最初のエッチングが実行される。リソグラフィにおいては、マスク露光および現像が順に実行される。そして、レジスト５０１が取り除かれる。なお、エッチングはドライエッチングおよびウェットエッチングのいずれであってもよい。
図１５は、本技術の第１の実施の形態における最初のエッチングを行った電子装置１００の断面図の一例である。最初のエッチングにより、表面層３１０およびフィルタ層３２０の一部が開口し、その部分の光電変換層３３４が露出している。この固体撮像素子２００に再度レジストが塗布される。
図１６は、本技術の第１の実施の形態におけるエッチング後にレジスト５０２を塗布した電子装置１００の断面図の一例である。同図に例示するように、レジスト５０２の一部が開口しており、その部分の面積は、最初のエッチングのレジスト５０１の開口部分よりも狭い。これにより、２回目のエッチングの際の固体撮像素子２００へのダメージを軽減することができる。次に、リソグラフィ技術を用いて２回目のエッチングが実行される。そして、レジスト５０２が取り除かれる。
図１７は、本技術の第１の実施の形態における２回目のエッチングを行った電子装置１００の断面図の一例である。２回目のエッチングにより、光電変換層３３４および配線層４１０の一部が開口し、パッド４１１の接続箇所が露出している。この接続箇所は、ワイヤボンディングにより、支持基板１１３の電極と接続される。これにより、固体撮像素子２００と支持基板１１３とが電気的に接続される。その他、各種の処理が実行されて電子装置１００が完成する。
図１８は、本技術の第１の実施の形態における電子装置１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。製造システムは、支持基板１１３上に固体撮像素子２００を製造し（ステップＳ９０１）、最初のエッチングを行う（ステップＳ９０２）。そして、製造システムは、２回目のエッチングを行い（ステップＳ９０３）、ワイヤボンディングにより固体撮像素子２００と支持基板１１３とを電気的に接続する（ステップＳ９０４）。ステップＳ９０４の後に製造システムは、各種の処理が実行して電子装置１００の製造を終了する。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、表面層３１０の厚さをコヒーレンス長の半分より大きくしたため、表面層３１０の受光面で反射した反射光と、その下方の界面で反射した反射光との干渉を抑制することができる。これにより、分光スペクトルにおけるリップルを低減することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、表面層３１０として二酸化ケイ素層３１１を用いていた。しかし、フィルタ層３２０などを形成するシリコンウェハに二酸化ケイ素層３１１を形成すると、それらの熱膨張率の差異に起因して熱処理時においてシリコンウェハに反りが生じることがある。特に、二酸化ケイ素層３１１を厚くするほど、シリコンウェハの反りが大きくなるおそれがある。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、二酸化ケイ素層３１１の代わりに、透明樹脂層を設けた点において第１の実施の形態と異なる。
図１９は、本技術の第２の実施の形態における画素３００の断面図の一例である。この第２の実施の形態の画素３００は、表面層３１０において、二酸化ケイ素層３１１の代わりに、上から順に反射防止膜３１２および透明樹脂層３１３を配置した点において第１の実施の形態と異なる。表面層３１０の厚さｄは、第１の実施の形態と同様に式３を満たすものとする。
反射防止膜３１２は、表面層３１０の反射率を低下させるための膜であり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などが用いられる。この反射防止膜３１２は、透明樹脂層３１３よりも遥かに薄いものとする。なお、反射防止膜３１２を形成しない構成としてもよい。
透明樹脂層３１３として、例えば、シリコンウェハとの熱膨張率の差が二酸化ケイ素よりも小さい樹脂が用いられる。このような樹脂を用いることにより、熱処理によるシリコンウェハの反りを抑制することができる。また、この透明樹脂層３１３は、例えば、スピンコート法により形成される。スピンコート法を用いることにより、二酸化ケイ素層３１１を形成する場合よりも高速に表面層３１０を形成することができる。
図２０は、本技術の第２の実施の形態における分光感度特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、分光感度を示し、横軸は波長を示す。厚さｄを、式３を満たす値である３．０マイクロメートル（μｍ）とし、ＦＤＴＤ法を用いてシミュレーションにより求めた。なお、３．０マイクロメートル（μｍ）はスピンコート法により１回の塗布で生成することができる程度の厚さである。同図における実線は、厚さｄを３．０マイクロメートル（μｍ）とした際の分光感度特性を示す。
また、比較のために、厚さｄを式３を満たさない値である０．４マイクロメートルとし、同様のシミュレーションを行った。同図における点線は、比較例の分光感度特性を示す。同図に例示するように、式３を満たす厚さとすることにより、式３を満たさない比較例よりも振幅（リップル）を小さくすることができる。
図２１は、本技術の第２の実施の形態における周期および直径を変更した際の分光感度特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は分光感度を示し、横軸は波長を示す。また、実線は、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の周期を２５０ナノメートル（ｎｍ）、直径を１４０ナノメートル（ｎｍ）とした画素の分光感度特性を示す。一点鎖線は、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の周期を３５０ナノメートル（ｎｍ）、直径を２１０ナノメートル（ｎｍ）とした画素の分光感度特性を示す。点線は、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の周期を４５０ナノメートル（ｎｍ）、直径を２７０ナノメートル（ｎｍ）とした画素の分光感度特性を示す。同図に例示するように、周期および直径の少なくとも一方を変更することにより、異なる分光感度特性が得られる。
このように、本技術の第２の実施の形態によれば、コヒーレンス長の半分より大きな厚さの表面層として、シリコンウェハとの熱膨張率の差が二酸化ケイ素より小さい透明樹脂層３１３を配置したため、熱処理によるシリコンウェハの反りを抑制することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態では、酸窒化ケイ素層３２１上に透明樹脂層３１３を形成していたが、この構成では、ダイシングを行う際に透明樹脂層３１３が剥がれてしまうおそれがある。この第３の実施の形態の固体撮像素子２００は、透明樹脂層３１３の密着性を向上させるために、応力緩和樹脂層を形成した点において第２の実施の形態と異なる。
図２２は、本技術の第３の実施の形態における画素３００の断面図の一例である。この第３の実施の形態の画素３００は、表面層３１０において、透明樹脂層３１３の下方に応力緩和樹脂層３１４がさらに形成される点において第２の実施の形態と異なる。
応力緩和樹脂層３１４は、透明樹脂層３１３にかかる応力を緩和する層である。また、応力緩和樹脂層３１４を含む表面層３１０の厚さは、第１の実施の形態と同様に式３を満たす。
図２３は、本技術の第３の実施の形態における分光感度特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は分光感度を示し、横軸は波長を示す。また、同図における実線は、応力緩和樹脂層３１４のある第３の実施の形態の画素３００の分光感度特性を示す。一方、同図における点線は、応力緩和樹脂層３１４を有さない第２の実施の形態の画素３００の分光感度特性を示す。光学的には応力緩和樹脂層３１４の無いほうが界面の数が少ないため、リップルが小さくなると考えられるが、同図に例示するように、実際のところは、応力緩和樹脂層３１４の有無により分光感度特性に大きな差は生じない。したがって、応力緩和樹脂層３１４の形成により、却ってリップルが大きくなることは無い。
このように、本技術の第３の実施の形態によれば、応力緩和樹脂層３１４をさらに形成したため、透明樹脂層３１３にかかる応力を緩和して、透明樹脂層３１３の剥離を防止することができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、微細な孔３４１を空けた表面プラズモン共鳴フィルタ３４０により所望の波長を透過させていたが、孔３４１を空ける微細加工が困難となるおそれがある。この第４の実施の形態の固体撮像素子２００は、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０の代わりに、孔を空ける必要のないファブリぺロ共振器を用いた点において第１の実施の形態と異なる。
図２４は、本技術の第４の実施の形態における画素３００の断面図の一例である。この第４の実施の形態の画素３００は、フィルタ層３２０において、酸窒化ケイ素層３２１から表面プラズモン共鳴フィルタ３４０までの各層の代わりに、ファブリぺロ共振器３５０を配置した点において第１の実施の形態と異なる。このファブリぺロ共振器３５０とは、２枚のハーフミラーを対向させて、それらのハーフミラーの間で多重に反射された光同士の共振を利用して所定の波長の光を透過するものである。これらのハーフミラーには孔が空いておらず、表面プラズモン共鳴フィルタのような微細加工は不要である。
図２５は、本技術の第４の実施の形態におけるファブリぺロ共振器３５０の断面図の一例である。このファブリぺロ共振器３５０は、上から順に、ハーフミラー３５１、共振器３５４およびハーフミラー３５５を備える。ハーフミラー３５１は、入射光の一部を透過し、残りを反射するものであり、酸化チタン（ＴｉＯ２）層３５２と二酸化ケイ素層３５３とを交互に配置した多層膜により構成される。ハーフミラー３５５についても同様である。なお、多層膜をハーフミラー３５１および３５５として用いているが、一部を反射することができるのであれば、金属薄膜など、多層膜以外をハーフミラーとして用いることができる。
共振器３５４は、例えば、二酸化ケイ素の層により構成される。この共振器３５４の厚さを変更することにより、透過させる波長を調整することができる。画素ブロック２２１において、１６個の画素３００のそれぞれの共振器３５４の厚さは異なるものとする。これにより、入射光を１６波長に分光することができる。
なお、第４の実施の形態において、第２の実施の形態のように表面層３１０として透明樹脂層３１３を配置してもよい。また、第３の実施の形態のように応力緩和樹脂層３１４をさらに配置してもよい。
このように、本技術の第４の実施の形態では、ファブリぺロ共振器３５０をフィルタ層３２０として配置したため、表面プラズモン共鳴フィルタ３４０を配置する構成と比較して、微細加工が不要となり、製造が容易になる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、電子装置１００は、入射光の分光のみを行っていた。しかしながら、植物の育成状態（すなわち、植生）の調査を行う際には、分光後に正規化植生指数（ＮＤＶＩ：Normalized Difference Vegetation Index）を算出することが望ましい。ここで、ＮＤＶＩは、植生の状態を示す数値であり、ＮＤＶＩが正の大きな値であるほど、植生が濃いことを表す。この第５の実施の形態の固体撮像素子２００は、ＮＤＶＩを算出する点において第１の実施の形態と異なる。
図２６は、本技術の第５の実施の形態における電子装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第５の実施の形態の電子装置１００は、固体撮像素子２０１をさらに備え、信号処理部１２０の代わりに信号処理部１２１を備える点において第１の実施の形態と異なる。第５の実施の形態の電子装置１００として、例えば、ドローン（小型無人ヘリコプターなど）に搭載されるカメラが想定される。
固体撮像素子２００は、可視光を分光して画像データを信号処理部１２１に供給する。一方、固体撮像素子２０１は、赤外光などの不可視光を分光して画像データを信号処理部１２１に供給する。
信号処理部１２１は、固体撮像素子２００の画像データから、赤色の可視光に対する被写体の反射率を反射率Ｒとして求め、固体撮像素子２０１の画像データから、近赤外光に対する被写体の反射率を反射率ＩＲとして求める。そして、信号処理部１２１は、次の式によりＮＤＶＩを算出して表示部１３０に供給する。
ＮＤＶＩ＝（ＩＲ−Ｒ）／（ＩＲ＋Ｒ）
図２７は、本技術の第５の実施の形態における波長ごとの反射率の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、被写体（植物など）の反射率を示し、横軸は、波長を示す。実線は、健康な植物の反射率特性を示し、一点鎖線は、弱った植物の反射率特性を示す。また、点線は枯れた植物の反射率特性を示す。同図に例示するように、０．６乃至０．８マイクロメートル（μｍ）の可視光域において、植物の状態ごとの反射率の相違が大きくなる。また、０．８マイクロメートル（μｍ）より長い赤外光域では差異がさらに大きくなる。このため、固体撮像素子２００および２０１により、可視光域と赤外光域との信号レベルを検出することによって植生の状態を判断することができる。そして、このような電子装置１００をドローンに乗せて上空から農作物の育成状態（植生）を観測することにより、ユーザは、作物を効率的に育成することができる。
なお、互いに光電変換する波長域の異なる固体撮像素子を３つ以上配置して、３つ以上の波長域から信号レベルを検出してＮＤＶＩを算出することもできる。
また、第５の実施の形態において、第２の実施の形態のように表面層３１０として透明樹脂層３１３を配置してもよい。また、第３の実施の形態のように応力緩和樹脂３１４をさらに配置してもよい。また、第４の実施の形態のようにファブリぺロ共振器３５０を配置してもよい。
このように、本技術の第５の実施の形態によれば、可視光に対する被写体の反射率と不可視光に対する被写体の反射率とを求めることにより、電子装置１００は、正規化植生指数（ＮＤＶＩ）を算出することができる。
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、電子装置１００は、入射光の分光のみを行っていた。しかしながら、生体認証に電子装置１００を利用する際には、分光スペクトルを解析して人肌か否かの判断をさらに行うことが望ましい。この第６の実施の形態の電子装置１００は、分光スペクトルを用いて生体認証を行う点において第１の実施の形態と異なる。
図２８は、本技術の第６の実施の形態における電子装置１００の一構成例を示すブロック図である。この第６の実施の形態の電子装置１００は、信号処理部１２０の代わりに信号処理部１２２を備える点において第１の実施の形態と異なる。第６の実施の形態の電子装置１００として、例えば、生体認証機能を持つ装置や機器（スマートフォンなど）が想定される。
信号処理部１２２は、生体認証を行う。生体認証において信号処理部１２２は、分光スペクトルを解析し、被写体が人肌か否かを判断する。そして、被写体が人肌である場合には、被写体の生体パターン（顔、指紋や虹彩など）と予め登録された登録パターンとのマッチングを行い、その結果を表示部１３０に供給する。このように、分光スペクトルを用いて被写体が人肌か否かを判断することにより、この判断を行わない場合と比較して認証精度を向上させることができる。
図２９は、本技術の第６の実施の形態における波長ごとの反射率の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、被写体の反射率であり、横軸は波長である。同図における実線は、モンゴロイドの肌の反射率特性を示し、点線は、コーカソイドの肌の反射率特性を示す。一点鎖線は、ネグロイドの肌の反射率特性を示す。いずれにおいても４５０乃至６５０ナノメートル（ｎｍ）の波長域で反射率が大きく変化する。このため、例えば、この波長域の分光スペクトルを解析することにより、信号処理部１２２は、被写体が人肌か否かを判断することができる。
なお、第６の実施の形態において、第２の実施の形態のように表面層３１０として透明樹脂層３１３を配置してもよい。また、第３の実施の形態のように応力緩和樹脂３１４をさらに配置してもよい。また、第４の実施の形態のようにファブリぺロ共振器３５０を配置してもよい。
このように本技術の第６の実施の形態によれば、電子装置１００は、生体認証において分光スペクトルを用いて人肌か否かを判断するため、その判断を行わない場合と比較して生体認証の精度を向上させることができる。
＜７．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図３０は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図３０では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１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５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７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５０３７と、から構成される。
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
（内視鏡）
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒５００３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５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３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５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１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５００５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）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、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。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９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。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。
光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。
アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。
入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００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、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１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、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。
あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head Mounted Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
処置具制御装置５０４９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５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１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５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３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５０５５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。
以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図３０では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。
例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。
（光源装置）
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３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される。このとき、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５０４３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５００５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５０４３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５００５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５０４３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もの（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もの等が行われ得る。光源装置５０４３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。
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図３１を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図３１は、図３０に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
図３１を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７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。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。
撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ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る。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７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５００９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５００７も複数系統設けられる。
また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部５０１１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５０１５からの制御により、レンズユニット５００７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５００９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５０１３は、ＣＣＵ５０３９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５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。
また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。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。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。
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、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、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５００１に搭載される。
カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５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５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。
また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５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。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその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５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部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５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の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る。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５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５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
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５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部５００９および画像処理部５０６１に好適に適用され得る。具体的には、図２の固体撮像素子２００を撮像部５００９に適用し、図１の信号処理部１２０を画像処理部５０６１に適用することができる。撮像部５００９および画像処理部５０６１本開示に係る技術を適用することにより、分光スペクトルを用いて生体の認識精度を向上させることができるため、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、
前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、
前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換する光電変換層と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記表面層は、反射防止膜を備える
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記表面層は、二酸化ケイ素の層をさらに備える
前記（２）記載の固体撮像素子。
（４）前記表面層は、透明樹脂の層をさらに備える
前記（２）記載の固体撮像素子。
（５）前記表面層は、応力緩和樹脂の層をさらに備える
前記（４）記載の固体撮像素子。
（６）前記フィルタ層は、表面プラズモン共鳴フィルタを備える
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）前記フィルタ層は、ファブリぺロ共振器を備える
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）前記入射光は、自然光を含み、
前記表面層の厚さは、２．０マイクロメートルを下回らない
前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、
前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、
前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換して画素信号を生成する光電変換層と、
前記画素信号に対して所定の信号処理を実行する信号処理部と
を具備する電子装置。
（１０）カバーガラスをさらに具備し、
前記入射光は、前記カバーガラスと所定の気体とを介して前記表面層に入射される
前記（９）記載の電子装置。
（１１）前記信号処理部は、前記信号処理において正規化植生指数を求める
前記（９）または（１０）に記載の電子装置。
（１２）前記信号処理部は、前記信号処理において生体認証を行う
前記（９）または（１０）に記載の電子装置。
（１３）入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換する光電変換層と、パッドとを備える固体撮像素子に対するエッチングにより前記光電変換層の一部を露出させる第１のエッチング手順と、
エッチングにより前記一部を開口させて前記パッドを露出させる第２のエッチング手順と、
前記露出したパッドと支持基板とをワイヤにより接続する接続手順と
を具備する電子装置の製造方法。
１００ 電子装置
１１０ カメラモジュール
１１１ カバーガラス
１１３ 支持基板
１２０、１２１、１２２ 信号処理部
１３０ 表示部
２００、２０１ 固体撮像素子
２１０ 垂直駆動部
２２０ 画素アレイ部
２２１ 画素ブロック
２３０ タイミング制御部
２４０ カラム信号処理部
２５０ 水平駆動部
３００ 画素
３１０ 表面層
３１１、３２４、３３１、３５３ 二酸化ケイ素層
３１２、３３３ 反射防止膜
３１３ 透明樹脂層
３１４ 応力緩和樹脂層
３２０ フィルタ層
３２１、３２３ 酸窒化ケイ素層
３２２ 窒化ケイ素層
３３２ 遮光膜
３３４ 光電変換層
３４０ 表面プラズモン共鳴フィルタ
３５０ ファブリぺロ共振器
３５１、３５５ ハーフミラー
３５２ 酸化チタン層
３５４ 共振器
４１０ 配線層
５００９ 撮像部
５０６１ 画像処理部

Claims (13)

  1. 入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、
    前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、
    前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換する光電変換層と
    を具備する固体撮像素子。
  2. 前記表面層は、反射防止膜を備える
    請求項１記載の固体撮像素子。
  3. 前記表面層は、二酸化ケイ素の層をさらに備える
    請求項２記載の固体撮像素子。
  4. 前記表面層は、透明樹脂の層をさらに備える
    請求項２記載の固体撮像素子。
  5. 前記表面層は、応力緩和樹脂の層をさらに備える
    請求項４記載の固体撮像素子。
  6. 前記フィルタ層は、表面プラズモン共鳴フィルタを備える
    請求項１記載の固体撮像素子。
  7. 前記フィルタ層は、ファブリぺロ共振器を備える
    請求項１記載の固体撮像素子。
  8. 前記入射光は、自然光を含み、
    前記表面層の厚さは、２．０マイクロメートルを下回らない
    請求項１記載の固体撮像素子。
  9. 入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、
    前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、
    前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換して画素信号を生成する光電変換層と、
    前記画素信号に対して所定の信号処理を実行する信号処理部と
    を具備する電子装置。
  10. カバーガラスをさらに具備し、
    前記入射光は、前記カバーガラスと所定の気体とを介して前記表面層に入射される
    請求項９記載の電子装置。
  11. 前記信号処理部は、前記信号処理において正規化植生指数を求める
    請求項９記載の電子装置。
  12. 前記信号処理部は、前記信号処理において生体認証を行う
    請求項９記載の電子装置。
  13. 入射光のコヒーレンス長の半分を越える厚さの表面層と、前記表面層を透過した前記入射光のうち所定の対象光を透過して残りを前記表面層へ反射するフィルタ層と、前記フィルタ層を透過した前記所定の対象光を光電変換する光電変換層と、パッドとを備える固体撮像素子に対するエッチングにより前記光電変換層の一部を露出させる第１のエッチング手順と、
    エッチングにより前記一部を開口させて前記パッドを露出させる第２のエッチング手順と、
    前記露出したパッドと支持基板とをワイヤにより接続する接続手順と
    を具備する電子装置の製造方法。
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