JP2019145563A - センサ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】より良好な分光特性を備える。【解決手段】センサ装置は、フォトダイオードが形成される半導体基板と、その半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、そのフィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造とを備える。そして、フィルタとして、表面プラズモン共鳴フィルタまたはファブリペロ共振器フィルタが用いられる。本技術は、例えば、マルチ分光またはハイパースペクトル分光を行う分光装置に適用できる。【選択図】図３

Description

本開示は、センサ装置および電子機器に関し、特に、より良好な分光特性を備えることができるようにしたセンサ装置および電子機器に関する。

従来、マルチ分光を行うことができるセンサ装置は、例えば、表面プラズモン共鳴フィルタやファブリペロ共振器のフィルタなどを用いて、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行うことができる。ところが、このようなセンサ装置において、表面での反射光と下層からの反射光との干渉によって分光スペクトルにリップル（振動）が発生することがある。このようなリップルは、本来の望ましい分光と異なることになるため、マルチの波長分離に悪影響を及ぼしてしまう。

例えば、特許文献１には、所定の周期間隔で凹凸構造を持つ導体金属の構造体であるプラズモン共鳴体により構成されるフィルタを備えた撮像素子が開示されている。

特開２０１２−５９８６５号公報

上述したように、従来、分光スペクトルに発生するリップルを効果的に抑制することができずに、フィルタ本来の分光特性を得ることが困難であった。

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より良好な分光特性を備えることができるようにするものである。

本開示の一側面のセンサ装置は、フォトダイオードが形成される半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造とを備える。

本開示の一側面の電子機器は、フォトダイオードが形成される半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造とを有するセンサ装置を備える。

本開示の一側面においては、フォトダイオードが形成される半導体基板の受光面側に積層される多層構造にフィルタが含まれており、そのフィルタよりも上層の最表面にモスアイ構造が配置される。

本開示の一側面によれば、より良好な分光特性を備えることができる。

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。

リップルの発生について説明する図である。 オンチップレンズ構造によりリップルの発生を回避する例について説明する図である。 本技術を適用したセンサチップの第１の実施の形態の構成例を示す断面図である。 モスアイ構造について説明する図である。 表面プラズモン共鳴フィルタおよび分光感度特性について説明する図である。 センサチップの第２の構成例を示す断面図である。 ファブリペロ共振器の構成要素について説明する図である。 ファブリペロ共振器の構造を示す図である。 ファブリペロ共振器の膜種、厚み、および層数の一例を示す図である。 可視光のマルチ透過分光特性を示す図である。 近赤外光のマルチ透過分光特性を示す図である。 フィルタによる分光の周期的な配置の一例を示す図である。 表面プラズモン共鳴フィルタを用いるセンサチップの４つの画素の断面図である。 表面プラズモン共鳴フィルタを構成する微細構造の配置例を示す図である。 ファブリペロ共振器を用いるセンサチップの４つの画素の断面図である。 センサチップの製造方法を説明する図である。 センサチップの他の製造方法を説明する図である。 センサチップの第３の構成例を示す断面図である。 センサチップの第４の構成例を示す断面図である。 植物状態による反射率の分光特性を示す図である。 人肌の反射率の分光スペクトル特性を示す図である。 本発明を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。 本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。 積層型の固体撮像装置23020の第１の構成例を示す断面図である。 積層型の固体撮像装置23020の第２の構成例を示す断面図である。 積層型の固体撮像装置23020の第３の構成例を示す断面図である。 本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の他の構成例を示す断面図である。 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、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜リップルについて＞
まず、図１および図２を参照して、リップルについて説明する。

図１のＡには、従来のマルチ分光構造のセンサチップ１１が備える１つの画素１２の断面的な構成が示されている。図示するように、センサチップ１１は、フォトダイオード１３が形成される半導体基板１４に対して、シリコン酸化膜１５ａおよび１５ｂに挟み込まれるようにフィルタ１６が積層されて構成される。また、マルチ分光を行うためのフィルタ１６としては、表面プラズモン共鳴フィルタやファブリペロ共振器のフィルタが用いられる。

ここで、センサチップ１１の表面が平坦な構造（図２に示すようなオンチップレンズ１７を備えない構造）では、センサチップ１１の表面での反射光と、センサチップ１１の内部での反射光との２つの反射光の位相差による強め合い条件と弱め合い条件の干渉によって、分光スペクトルにリップルが発生する。このため、フィルタ１６の本来の分光に、リップルが重畳することによって分光特性に悪影響を及ぼすことになる。

例えば、このようなリップルの発生を回避するための手段の１つとして、図２のセンサチップ１１Ａに示すように、画素１２Ａの表面にオンチップレンズ１７を備える構造がある。しかしながら、オンチップレンズ１７を備える構造では、斜入射成分が増大することによって、フィルタ１６の本来の分光特性が崩れることになる。このため信号処理によるナロー化が困難となる。

ここで、リップル発生要因について、さらに説明する。

図１のＡに示すように、一つの光が２つの屈折率段差の界面で反射することで光が２つに分割され、それらの反射光が重ね合わさるときに、光の干渉が生じる。このとき、２つの光の光路長差による位相差と、反射による位相反転の有無で位相差が決まり、同じ位相の場合に強め合い、半位相ずれた場合に弱め合うことになる。例えば、低い屈折率から高い屈折率の界面反射のとき位相反転が発生し、逆に高い屈折率から低い屈折率の界面反射では位相反転は発生しない。この干渉により反射Ｒが高くなったり低くなったりする。同時に、透過Ｔも、エネルギー保存則に従う（Ｔ＝１−Ｒ）ために、反射Ｒに連動して高くなったり低くなったりする。

また、図１のＣに示すように、波長が変化することでも、同様に干渉に強め合い弱め合いが発生する。

このとき、強め合いの条件であるｍ次とｍ＋１次間の波長間隔Δλには、図１のＢに示すような数式が成り立つ。ここで、ｎ１は、シリコン酸化膜１５ｂの屈折率であり、Δｎ１は、その屈折率の波長分散特性を示している。また、ｄは、シリコン酸化膜１５ｂの厚みを示している。従って、厚みｄが大きくなるほど、また、屈折率分散Δｎ１が小さいほど、振動周期が短くなる。分光のリップルは、このスペクトルの振動のことである。

従って、リップルを根本的に減らすためには、干渉効果を弱める必要性がある。そこで、後述する図３に示すセンサチップ２１は、干渉する二つの光の内、表面反射光を弱めてリップルを減らすものである。

また、例えば、オンチップレンズを利用してリップルの発生を抑制することが考えられる。

図２を参照して、オンチップレンズを利用してリップルの発生を抑制する構造について説明する。なお、図２では、説明を簡単にするために、垂直方向から平行光線が画素１２Ａ入射したときを例に説明する。

このとき、上から見てオンチップレンズ１７の中心付近で垂直入射した光はそのまま垂直に入射するのに対し、オンチップレンズ１７の中心からずれた光は、オンチップレンズ１７の表面に対して斜め入射するために、その表面で屈折して斜め入射することになる。従って、垂直入射の光路長に対して斜め入射の光路長が変化するために、分光スペクトルのリップルが波長シフトを起こすことになる。

従って、１つのフォトダイオード１３に異なるリップル分光の光が同時に入射するために積算されてリップルが緩和されて見えるのであって、干渉効果が弱くなっているのではない。さらに、斜め入射の成分によって本来のフィルタ分光が崩れてしまう。従って、表面プラズモン共鳴フィルタでは、斜め入射によってピーク波長が長波長シフトを起こして総和でブロードな分光に変化する。また、ファブリペロ共振器型フィルタでは、斜め入射によって短波長シフトして同じくブロード化する。

このようなセンサチップ１１Ａに対し、以下で説明するセンサチップ２１では、オンチップレンズ１７を用いない平坦な構成において、リップルの発生を抑制することができる。これにより、センサチップ２１は、本来のフィルタ特性の分光となるために、信号処理のナロー化が可能となる。なお、本実施の形態において、オンチップレンズ１７を用いない平坦な構成とは、最表面が平坦のことを意味するが、仮に光の波長以下の凹凸が表面にあっても光学的には平坦とみなすことができ、実効的に平坦な表面とする。

＜センサチップの第１の構成例＞
図３は、本技術を適用したセンサチップの第１の実施の形態の構成例を示す断面図である。

例えば、センサチップ２１は、複数の画素２２がアレイ状に配置されて構成されている。図３には、１つの画素２２の断面的な構成が示されており、画素２２ごとに、ｐｎ接合のフォトダイオード２３が半導体基板２４に形成されている。そして、センサチップ２１は、半導体基板２４側から順に、反射防止膜２５、シリコン酸化膜２６ａ、表面プラズモン共鳴フィルタ２７、シリコン酸化膜２６ｂ、シリコン酸窒化膜２８ａ、シリコン窒化膜２９、シリコン酸窒化膜２８ｂ、シリコン酸化膜２６ｃ、および、モスアイ構造３０が積層されて構成される。

反射防止膜２５は、例えば、酸化ハフニウムや窒化シリコンなどが半導体基板２４の表面に成膜されることにより構成され、半導体基板２４の表面での光の反射を防止する。

シリコン酸化（SiO2）膜２６ａ乃至２６ｃは、絶縁性を備えた絶縁膜であり、それぞれ積層される他の層どうしを絶縁する。また、シリコン酸化膜２６ａには、画素２２どうしの間で、光の漏れを遮光して、混色を防止するための遮光膜３１が形成されている。

表面プラズモン共鳴フィルタ２７は、図５を参照して後述するように、アルミニウム膜３２に対して周期的な微細構造３３が形成されて構成され、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行うことができる。

シリコン酸窒化（SiON）膜２８ａおよび２８ｂによりシリコン窒化（Si3N4）膜２９を挟み込んだ積層構造は、表面プラズモン共鳴フィルタ２７のアルミニウム膜３２を酸化から保護するためのパッシベーション膜として用いられる。

モスアイ構造３０は、表面プラズモン共鳴フィルタ２７よりも上層側となるセンサチップ２１の表面での反射率を１％以下に抑制する。即ち、モスアイ構造３０は、表面プラズモン共鳴フィルタ２７よりも上層での干渉効果を弱めるために用いられる。

上述したように、干渉現象は、反射光同士の干渉であるため、一方の反射光を弱めれば干渉性を失わせることができる。反射率を下げる一般的な手段として反射防止膜（例えば、厚みｄ=λ/４ｎ）を最表面に形成する方法がある。しかし、そのような反射防止膜を設けても、数％の反射率があるため、干渉性を失わせるには不十分である。これに対し、センサチップ２１は、反射率を１％以下に抑制するモスアイ構造３０を最表面に配置する構造により、干渉性を失わせることができる。

ここで、センサチップ２１では、モスアイ構造３０を取り除いたと仮定したときに、その最表面が平坦となるように構成される。または、センサチップ２１は、モスアイ構造３０の先端部の点をつなげた仮想的な面が平坦となるように構成される。即ち、センサチップ２１の基板表面は、図２に示したようなオンチップレンズ１７を備えた構成と異なり、実効的に平坦と定義することができる。

例えば、モスアイ構造３０は、波長λ以下のピッチ(特に１／３×λ以下)で、先が尖がった形状の突起物を多数並べた構造となる。ただし、図４に示すように、モスアイ構造３０の先端は、ある程度鈍っても、効果がある。

また、図４に示すように、モスアイ構造３０の実効的な屈折率は、空気の屈折率ｎ＝1.0から基板の屈折率ｎ＝1.6まで滑らかに連続的につながって、界面が存在しないことになる。従って、反射界面が存在しないために、反射率が著しく下がることになる。

このように構成されるセンサチップ２１は、最表面が平坦な構造であっても、分光感度特性にリップルが発生することを、ほぼ完全に抑制することができる。特に、センサチップ２１は、表面プラズモン共鳴フィルタ２７（または、後述する図６のファブリペロ共振器４１）を採用したマルチ分光において、フィルタ本来の分光特性を維持しつつ、外的要因であるリップルを抑制することができるので、正確な色情報や分光情報などを得られることになる。これにより、センサチップ２１は、例えば、図２０および図２１を参照して後述するような、農業や生体認証など様々なアプリケーションに対して適切に利用することができる。

＜表面プラズモン共鳴フィルタについて＞
図５を参照して、表面プラズモン共鳴フィルタ２７について説明する。

図５のＡに示すように、表面プラズモン共鳴フィルタ２７は、アルミニウム膜３２に対し、微細構造３３となる孔を周期的に形成した構造で、微細構造３３の周期ｐや径ｄを変化させることで、フィルタの透過分光スペクトルおよびそのピーク波長を変化させることができる。なお、表面プラズモン共鳴フィルタ２７として、アルミニウム膜３２の他に、金や銀などの金属膜を用いてもよい。また、表面プラズモン共鳴フィルタ２７の上下層および微細構造３３の孔の中には、酸化膜などの誘電体が存在してもよい。

例えば、図３に示したセンサチップ２１の構造では、表面プラズモン共鳴フィルタ２７の微細構造３３となる孔の中には、その上下層にあるシリコン酸化膜２６ａおよび２６ｂが充填されている。

また、図５のＢには、表面プラズモン共鳴フィルタ２７を有し、上述したようにオンチップレンズが設けられずに表面が実効的に平坦なモスアイ構造３０を有するセンサチップ２１に対して上側から光を入射したときの分光感度特性を、3DのFDTD（Finite-difference time-domain）法でシミュレーションした結果が示されている。

図示するように、このシミュレーションにより、センサチップ２１は、リップルが改善されており、これにより表面プラズモン共鳴フィルタ２７の本来の分光特性を備えていることが示されている。

＜センサチップの第２の構成例＞
図６乃至図１２を参照して、ファブリペロ共振器によりマルチ分光を行う第２の構成例のセンサチップ２１について説明する。

図６には、ファブリペロ共振器４１によりマルチ分光を行う構成のセンサチップ２１Ａの断面的な構成例が示されている。なお、図６に示すセンサチップ２１Ａにおいて、図３のセンサチップ２１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６に示すように、センサチップ２１Ａは、図３のセンサチップ２１の表面プラズモン共鳴フィルタ２７からシリコン酸窒化膜２８ｂまでの積層構造に替えて、ファブリペロ共振器４１を備えた構成となっている。

ファブリペロ共振器４１は、ハーフミラー層４３ａおよび４３ｂにより共振器４２が挟み込まれた構造となっており、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行うことができる。

ハーフミラー層４３ａおよび４３ｂは、酸化チタン（TiO2）膜とシリコン酸化（SiO2）膜との多層膜により形成される。なお、ハーフミラー層４３ａおよび４３ｂとしては、酸化チタン膜とシリコン酸化膜との多層膜の他に、屈折率の高い材料と屈折率の低い材料とが組み合わされた多層膜であれば、その材質は限定されない。また、ハーフミラー層４３ａおよび４３ｂは、多層膜による構成を用いる他、例えば、金属薄膜による構成を用いてもよい。

共振器４２は、シリコン酸化（SiO2）膜により形成され、ハーフミラー層４３ａおよび４３ｂに挟み込まれた共振器４２の厚みで、ファブリペロ共振器４１が特定波長の光のみを通過するフィルタとして機能することになる。

そして、センサチップ２１Ａは、図３のセンサチップ２１と同様に、ファブリペロ共振器４１の上層となる最表面にモスアイ構造３０が設けられ、その基板表面は実効的に平坦と定義することができる。従って、センサチップ２１Ａは、図３のセンサチップ２１と同様に、最表面が平坦な構造であっても、分光感度特性にリップルが発生することを、ほぼ完全に抑制することができ、フィルタ本来の分光特性を維持することができる。

図７を参照して、ファブリペロ共振器４１の構成要素について説明する。

特定の波長のみを選択的に透過させる光学素子として、図７のＡに示すようなファブリペロ・エタロン、および、図７のＢに示すようなファブリペロ共振器が知られており、図７のＣには、その透過スペクトルが示されている。

図７のＡに示すファブリペロ・エタロンは、空気よりも屈折率の大きなガラス材料の両端面を研磨したもので、端面がハーフミラーの役割を果たす。これに光が入射すると、光の干渉が生じた結果、ある特定の波長の光のみが反射・透過する。このような光学特性を活かし、光通信用半導体レーザの波長モニタ等の光学部品として使用されている。

また、図７のＢに示すファブリペロ共振器は、ファブリペロ・エタロンにおいて、特にハーフミラーに対して垂直に光を入射して用いる光学デバイスである。ファブリペロ共振器においても光の干渉が起こり、図７のＣに示すように、透過率に波長選択性が現れる。この干渉は、例えば、半導体レーザの共振器に用いられている。

また、近年、このようなファブリペロ型光学素子をCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ上に搭載した構成も開発されている。

ここで、図８および図９に示すような構造のファブリペロ共振器４１について、可視光のマルチ透過分光特性が図１０に示されている。

即ち、図８および図９に示すように、可視光を遮断する周期構造（1/4λの多層膜）について、ハーフミラー層４３ｂのシリコン酸化膜を、ハーフミラー層４３ａのシリコン酸化膜よりも１層だけ厚くした構成の透過分光スペクトルが図１０に示されている。

図１０では、例えば、共振器４２の厚みｄを200〜350ｎｍとすることで、波長400〜650 nmの可視光領域において一つだけのピークを得ることができ、共振器４２を厚くするほどピーク波長が長波長化することが示されている。また、ピークの半値幅FWHM（Full Width at Half Maximum）は、15〜25ｎｍと狭くなることが示されている。特に、シリコン酸化膜の１層の厚みｄを200〜370ｎｍの範囲で設計することで、すべて単一ピークだけの可視光の透過分光スペクトルを設計することができる。

また、図１１には、近赤外光を遮断する周期構造（1/4λの多層膜）のシリコン酸化膜の１層だけ厚くした場合（厚みｄ）の垂直入射（θ＝0deg）の透過分光スペクトルが示されている。

図１１では、例えば、共振器４２の厚みｄを200〜370ｎｍにすることで、波長650〜950 nmの近赤外光領域において透過ピークを一つだけ持たせ、かつ、厚くするほどピーク波長が長波長側にシフトしていることが示されている。このとき、同時に可視光を遮断して赤外光を透過するようなバンドパスフィルターや黒色カラーフィルタを上層に配置することで、選択的なピーク波長のみの赤外分光が可能となる。例えば、ピークの半値幅FWHMは、25〜40ｎｍとなる。

ここでは屈折率の低い材料であるシリコン酸化膜の厚み変調による結果を示したが、屈折率の高い材料である酸化チタン膜の厚み変調でも、同様な効果をもたらせることができる。

そして、センサチップ２１Ａは、このようなファブリペロ共振器４１よりも上層の最表面に、図６に示したようなモスアイ構造３０を設けた構成となっている。これにより、近赤外光領域または可視光領域を遮断する周期の多層膜の１層だけを厚くしたファブリペロ共振器４１のフィルタを設計することで、近赤外光または可視光領域に単一透過ピークを持たせることが可能となり、共振器４２の厚みｄでピーク波長を制御することができる。

＜フィルタの周期的な配置＞
図１２乃至図１６を参照して、表面プラズモン共鳴フィルタ２７、および、ファブリペロ共振器４１による分光の周期的な配置について説明する。

例えば、図１２において破線で囲われている縦×横が４×４となる１６分光を、１周期分の繰り返しパターンとして、その１周期分の繰り返しパターンが、縦方向および横方向に連続して配置されている。なお、１周期分の繰り返しパターンは、４×４の配置の他、５×５や６×６などのようにｎ×ｎ（ｎは自然数）を用いてもよい。

このような複数の分光に信号処理を施すことによって、センサチップ２１または２１Ａによりマルチ分光の画像が取得される。さらに、マルチ分光による信号検知から、農業（図２０参照）や生体検知（図２１参照）などの様々なアプリケーションへ応用することができる。

図１３には、表面プラズモン共鳴フィルタ２７を用いるセンサチップ２１の４つの画素２２−１乃至２２−４の断面的な構成が示されている。なお、図１３では、半導体基板２４の表面側（フォトダイオード２３に光が照射される面を裏面としたときの反対側）に、各画素２２の駆動に用いられる配線が形成される配線層４４が積層された構成のセンサチップ２１が図示されている。

図１３に示すように、画素２２−１乃至２２−４は、表面プラズモン共鳴フィルタ２７のアルミニウム膜３２に形成される微細構造３３−１乃至３３−４の孔径を変化させて作成されている。これにより、画素２２−１乃至２２−４それぞれで異なる分光特性とすることができる。

また、表面プラズモン共鳴フィルタ２７は、図１２に示したように、４×４の１６個の画素２２の微細構造３３の周期と孔径を変えて、１６分光を配置することができる。このとき、微細構造３３の配置は、図１４のＡに示す表面プラズモン共鳴フィルタ２７Ａのように、行ごとに列方向に微細構造３３の配置位置が交互となるような三角配列を採用してもよい。または、図１４のＢに示す表面プラズモン共鳴フィルタ２７Ｂのように、行方向および列方向に微細構造３３の配置位置が並ぶような正方配列を採用してもよい。

図１５には、ファブリペロ共振器４１を用いるセンサチップ２１Ａの４つの画素２２Ａ−１乃至２２Ａ−４の断面的な構成が示されている。なお、図１５では、図１３と同様に、半導体基板２４の表面側に配線層４４が積層された構成のセンサチップ２１Ａが図示されている。

図１５に示すように、画素２２Ａ−１乃至２２Ａ−４は、ファブリペロ共振器４１の共振器４２の厚みを変化させて作成されている。これにより、画素２２−１乃至２２−４それぞれで異なる分光特性とすることができる。

なお、このように共振器４２の厚みを変化させることによって、センサチップ２１Ａのシリコン酸化膜２６ｂの表面に画素２２Ａごとに段差が設けられることになる。例えば、センサチップ２１Ａは、この段差をCMP（Chemical Mechanical Polishing）プロセスなどで平坦化した上で、モスアイ構造３０を最表面に作製することができる。

＜センサチップの製造方法＞
図１６を参照して、センサチップ２１の製造方法として、ナノインプリント技術を用いた製造方法について説明する。なお、図６のセンサチップ２１Ａも、同様の製造方法で製造することができる。

この製造方法では、鋳型であるモールド５２が予め用意される。モールド５２は、電子線リソグフィーによるレジストで波長オーダーより小さいパターンで、例えば、半導体基板をドライエッチングで加工することにより形成することができる。

まず、図１６のＡに示すように、半導体基板２４に対して反射防止膜２５からシリコン酸化膜２６ｃまで積層された構造体の表面に、スピンコートにより均一の厚みとなるように紫外線硬化樹脂５１を塗布する。そして、図１６のＢに示すように、紫外線硬化樹脂５１に対してモールド５２を押し当て、その押し当てた状態で紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂５１を硬化させる。その後、モールド５２を剥離すると、モールド５２に形成されていたパターンが紫外線硬化樹脂５１に転写されて、モスアイ構造３０が形成される。

このような製造方法により、上述したようにリップルが低減され、表面プラズモン共鳴フィルタ２７の本来の分光特性を備えたセンサチップ２１を製造することができる。

なお、図１７を参照して、センサチップ２１の他の製造方法について説明する。例えば、図１７に示すセンサチップ２１Ｂは、半導体基板２４からシリコン酸窒化膜２８ｂまでの構造体とは個別に、シリコン酸化膜２６ｃと同等の厚みを有する樹脂膜の表面にモスアイを形成したモスアイ構造体３０Ｂを作成した後に、シリコン酸窒化膜２８ｂに対してモスアイ構造体３０Ｂを貼り合わせることにより製造することができる。

このように製造されるセンサチップ２１Ｂにおいても、例えば、図１４に示したように、表面プラズモン共鳴フィルタ２７を構成する微細構造３３の周期および孔径を画素２２Ｂごとに変更することによって、分光感度特性が異なる画素２２Ｂを設けることができる。そして、センサチップ２１Ｂは、このような複数の分光に信号処理を施すことによって、マルチ分光を得ることができ、図２０および図２１を参照して後述するような、農業や生体認証など様々なアプリケーションに対して適切に利用することができる。

＜センサチップの第３の構成例＞
図１８には、第３の構成例のセンサチップ２１Ｃの断面的な構成が示されている。なお、図１８に示すセンサチップ２１Ｃにおいて、図３のセンサチップ２１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１８に示すように、センサチップ２１Ｃは、シリコン酸窒化膜２８ｂおよびモスアイ構造体３０Ｃの間に応力緩和樹脂材料膜６１が積層されて構成される。即ち、センサチップ２１Ｃは、図１７を参照して上述した製造方法により製造する際に、シリコン酸窒化膜２８ｂに応力緩和樹脂材料膜６１を積層した後に、応力緩和樹脂材料膜６１に対してモスアイ構造体３０Ｃを貼り合わせることにより製造される。

例えば、シリコン酸窒化膜２８ｂに対して直接的に樹脂からなるモスアイ構造体３０Ｃを貼り合わせたときに、チップ化する際のダイシングによってモスアイ構造体３０Ｃが剥がれることが懸念される。そこで、センサチップ２１Ｃでは、シリコン酸窒化膜２８ｂおよびモスアイ構造体３０Ｃの密着性を向上させ、かつ、応力を緩和させるために、例えば、厚み0.35μｍ程度の応力緩和樹脂材料膜６１がシリコン酸窒化膜２８ｂ上に塗布される。

従って、センサチップ２１Ｃは、上述したように、モスアイ構造体３０Ｃが剥がれることを防止して、より信頼性を高めることができる。

また、このような構造のセンサチップ２１Ｃにおいても、例えば、図１４に示したように、表面プラズモン共鳴フィルタ２７を構成する微細構造３３の周期および孔径を画素２２Ｃごとに変更することによって、分光感度特性が異なる画素２２Ｃを設けることができる。そして、センサチップ２１Ｃは、このような複数の分光に信号処理を施すことによって、マルチ分光を得ることができ、図２０および図２１を参照して後述するような、農業や生体認証など様々なアプリケーションに対して適切に利用することができる。

＜センサチップの第４の構成例＞
図１９には、第４の構成例のセンサチップ２１Ｄの断面的な構成が示されている。なお、図１９に示すセンサチップ２１Ｄにおいて、図３のセンサチップ２１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

例えば、センサチップ２１Ｄは、オンチップカラーフィルタ６２を備えたCMOSイメージセンサである。即ち、センサチップ２１Ｄは、画素２２Ｄごとにフォトダイオード２３が形成される半導体基板２４に対して、反射防止膜２５、シリコン酸化膜２６、オンチップカラーフィルタ６２、およびモスアイ構造３０が積層されて構成される。また、シリコン酸化膜２６には、画素２２Ｄどうしの間で、光の漏れを防止するための遮光膜３１が形成されている。

ここで、センサチップ２１Ｄは、オンチップカラーフィルタ６２を形成した後に、その最表面を平坦となるように加工して、平坦面上にモスアイ構造３０が配置される構成となっている。

このような構成のセンサチップ２１Ｄは、光が入射する表面での反射を抑制することができるので、画素２２Ｄの感度の向上を図ることができるとともに、反射光によるフレアの発生を抑制することができる。

＜センサチップの使用例＞
図２０および図２１を参照して、センサチップ２１（センサチップ２１Ａ乃至２１Ｃを含む）を使用するアプリケーションについて説明する。

例えば、センサチップ２１は、農業や植物の育成などのNDVI（Normalized Difference Vegetation Index）を測定するためのマルチ分光またはハイパースペクトル分光を行う分光装置に用いることができる。図２０には、植物状態による反射率の分光特性が示されている。

図２０に示すように、波長600〜800ｎｍの範囲において植生状態によって大きく反射率が変化することにより、健康な植物、弱った植物、および枯れた植物で反射率が異なることが判る。例えば、この反射率は主に植物の葉からのものである。そして、これらの結果から、少なくとも波長600〜800ｎｍを挟んで、または、波長600〜800ｎｍにおいて、２つ以上の波長のマルチな分光特性を取得することで、植物の植生状態を感知できることができる。

例えば、波長600〜700ｎｍ域を検出するセンサチップ２１と、波長700〜800ｎｍ域を検出するセンサチップ２１との２つを用いて、２つの信号値の関係から植生状態を感知することができる。または、波長400〜600nm域を検出するセンサチップ２１と、波長800〜1000nm域を検出するセンサチップ２１との２つを用いて、２つの信号値の関係から植生状態を感知することができる。さらに、検出精度の向上を図るために、３つ以上のセンサチップ２１を用いて、３つ以上の複数の波長域を検出して、それらの信号値の関係から植生状態を感知してもよい。

従って、このような波長域を検出可能なセンサチップ２１を、例えば、小型無人航空機（いわゆるドローン）に搭載して、上空から農作物の育成状態を観測して、作物の育成を進めることができる。

また、センサチップ２１は、例えば、生体認証において人肌の反射率を測定するために、光の３原色以上の多帯域で複数の分光が行われるマルチ分光またはハイパースペクトル分光を行う分光装置に用いることができる。図２１には、人肌の反射率の分光スペクトル特性が示されている。

図２１に示すように、波長450〜650ｎｍの範囲において反射率が大きく変化することが判る。これらの変化から、被写体が人肌かどうかの認証が可能となる。

例えば、３つのセンサチップ２１を用いて、波長450nm、波長550nm、および波長650nmの３分光を検知することで、被写体が人肌かどうかの認証を可能とすることができる。例えば、被写体が人肌でない別の材料の場合、反射率の分光特性が変わるため、人肌と区別することができる。

従って、このような波長域を検出可能なセンサチップ２１を、例えば、生体認証装置に搭載することで、顔や指紋、虹彩などの偽造防止に応用することができ、より精度の高い生体認証を可能とすることができる。

図２２は、上述したセンサチップ２１乃至２１Ｃと同様の積層構造を適用した撮像素子の構成例を示すブロック図である。

図２２において、撮像素子７１は、CMOS型固体撮像素子であり、画素アレイ７２、行走査回路７３、PLL（Phase Locked Loop）７４、DAC（Digital Analog Converter）７５、カラムADC（Analog Digital Converter）回路７６、列走査回路７７、およびセンスアンプ７８を備えて構成される。

画素アレイ７２は、２次元に整列した複数の画素８１を有しており、画素８１は、上述した画素２２や２２Ａなどと同様の積層構造により構成される。また、画素８１は、行走査回路７３に接続される水平信号線Ｈと、カラムADC回路７６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で構成される。

即ち、画素８１は、図２２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８２、転送トランジスタ８３、フローティングディフュージョン８４、増幅トランジスタ８５、選択トランジスタ８６、リセットトランジスタ８７を有している。

フォトダイオード８２に蓄積された電荷は、転送トランジスタ８３を介してフローティングディフュージョン８４に転送される。フローティングディフュージョン８４は、増幅トランジスタ８５のゲートに接続されている。画素８１が信号の読み出しの対象となると、行走査回路７３から水平信号線Ｈを介して選択トランジスタ８６がオンにされ、選択された画素８１の信号は、増幅トランジスタ８５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８２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８７をオンすることでリセットされる。

行走査回路７３は、画素アレイ７２の画素８１を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、行ごとに順次、出力する。PLL７４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７１の内部の各ブロック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。DAC７５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７６は、比較器９１およびカウンタ９２を、画素アレイ７２の画素８１の列に対応する個数だけ有しており、画素８１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。即ち、比較器９１が、DAC７５から供給されるランプ信号と、画素８１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９２に供給する。そして、カウンタ９２が、比較器９１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、画素信号をA/D変換する。

列走査回路７７は、カラムADC回路７６のカウンタ９２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７８は、カラムADC回路７６から供給される画素データを増幅し、撮像素子７１の外部に出力する。

撮像素子７１から出力された画像データはモザイク状のRGB各色の強度情報であるので、後段の信号処理回路などにより、各々の画素位置での隣接異色画素の強度情報から全画素位置での各色情報がデモザイク処理により補間される。その他、画像データには、ホワイトバランスや、ガンマ補正、輪郭強調、画像圧縮などのデータ処理が行われる。なお、撮像素子７１が、画像処理プロセッサが実装されたシステムオンチップ型のイメージセンサである場合は、これらの処理も同一のチップ上で行うことができる。この場合、撮像素子７１からは、生画像データの他に、jpeg（Joint Photographic Experts Group）方式やmpeg（Moving Picture Experts Group）方式などにより圧縮された画像データを出力することができる。

このように構成される撮像素子７１は、上述したように表面プラズモン共鳴フィルタ２７またはファブリペロ共振器４１の上層となる最表面にモスアイ構造３０を有する構成の画素８１を採用することにより、より良好な分光特性を備えることができる。

＜電子機器の構成例＞
上述したような撮像素子７１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。

図２３は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。

図２３に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。

光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。

撮像素子１０３としては、上述したセンサチップ２１Ｄが適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。

信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。

このように構成されている撮像装置１０１では、上述した撮像素子７１を適用することで、よりナロー化されたマルチ分光の画像を取得することができる。また、撮像装置１０１にセンサチップ２１Ｄを適用することで、例えば、高感度で、かつ、反射光によるフレアの発生を抑制し、より高画質な画像を撮像することができる。

＜イメージセンサの使用例＞
図２４は、上述のイメージセンサ（センサチップ２１）を使用する使用例を示す図である。

上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。

・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置

＜本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例＞

図２５は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。

図２５のＡは、非積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置23010は、図２５のＡに示すように、１枚のダイ（半導体基板）23011を有する。このダイ23011には、画素がアレイ状に配置された画素領域23012と、画素の駆動その他の各種の制御を行う制御回路23013と、信号処理するためのロジック回路23014とが搭載されている。

図２５のＢ及びＣは、積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置23020は、図２５のＢ及びＣに示すように、センサダイ23021とロジックダイ23024との2枚のダイが積層され、電気的に接続されて、１つの半導体チップとして構成されている。

図２５のＢでは、センサダイ23021には、画素領域23012と制御回路23013が搭載され、ロジックダイ23024には、信号処理を行う信号処理回路を含むロジック回路23014が搭載されている。

図２５のＣでは、センサダイ23021には、画素領域23012が搭載され、ロジックダイ23024には、制御回路23013及びロジック回路23014が搭載されている。

図２６は、積層型の固体撮像装置23020の第１の構成例を示す断面図である。

センサダイ23021には、画素領域23012となる画素を構成するPD（フォトダイオード）や、FD（フローティングディフュージョン）、Tr（MOS FET）、及び、制御回路23013となるTr等が形成される。さらに、センサダイ23021には、複数層、本例では３層の配線23110を有する配線層23101が形成される。なお、制御回路23013（となるTr）は、センサダイ23021ではなく、ロジックダイ23024に構成することができる。

ロジックダイ23024には、ロジック回路23014を構成するTrが形成される。さらに、ロジックダイ23024には、複数層、本例では３層の配線23170を有する配線層23161が形成される。また、ロジックダイ23024には、内壁面に絶縁膜23172が形成された接続孔23171が形成され、接続孔23171内には、配線23170等と接続される接続導体23173が埋め込まれる。

センサダイ23021とロジックダイ23024とは、互いの配線層23101及び23161が向き合うように貼り合わされ、これにより、センサダイ23021とロジックダイ23024とが積層された積層型の固体撮像装置23020が構成されている。センサダイ23021とロジックダイ23024とが貼り合わされる面には、保護膜等の膜23191が形成されている。

センサダイ23021には、センサダイ23021の裏面側（PDに光が入射する側）（上側）からセンサダイ23021を貫通してロジックダイ23024の最上層の配線23170に達する接続孔23111が形成される。さらに、センサダイ23021には、接続孔23111に近接して、センサダイ23021の裏面側から１層目の配線23110に達する接続孔23121が形成される。接続孔23111の内壁面には、絶縁膜23112が形成され、接続孔23121の内壁面には、絶縁膜23122が形成される。そして、接続孔23111及び23121内には、接続導体23113及び23123がそれぞれ埋め込まれる。接続導体23113と接続導体23123とは、センサダイ23021の裏面側で電気的に接続され、これにより、センサダイ23021とロジックダイ23024とが、配線層23101、接続孔23121、接続孔23111、及び、配線層23161を介して、電気的に接続される。

図２７は、積層型の固体撮像装置23020の第２の構成例を示す断面図である。

固体撮像装置23020の第２の構成例では、センサダイ23021に形成する１つの接続孔23211によって、センサダイ23021（の配線層23101（の配線23110））と、ロジックダイ23024（の配線層23161（の配線23170））とが電気的に接続される。

すなわち、図２７では、接続孔23211が、センサダイ23021の裏面側からセンサダイ23021を貫通してロジックダイ23024の最上層の配線23170に達し、且つ、センサダイ23021の最上層の配線23110に達するように形成される。接続孔23211の内壁面には、絶縁膜23212が形成され、接続孔23211内には、接続導体23213が埋め込まれる。上述の図２６では、２つの接続孔23111及び23121によって、センサダイ23021とロジックダイ23024とが電気的に接続されるが、図２７では、１つの接続孔23211によって、センサダイ23021とロジックダイ23024とが電気的に接続される。

図２８は、積層型の固体撮像装置23020の第３の構成例を示す断面図である。

図２８の固体撮像装置23020は、センサダイ23021とロジックダイ23024とが貼り合わされる面に、保護膜等の膜23191が形成されていない点で、センサダイ23021とロジックダイ23024とが貼り合わされる面に、保護膜等の膜23191が形成されている図２６の場合と異なる。

図２８の固体撮像装置23020は、配線23110及び23170が直接接触するように、センサダイ23021とロジックダイ23024とを重ね合わせ、所要の加重をかけながら加熱し、配線23110及び23170を直接接合することで構成される。

図２９は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の他の構成例を示す断面図である。

図２９では、固体撮像装置23401は、センサダイ23411と、ロジックダイ23412と、メモリダイ23413との3枚のダイが積層された３層の積層構造になっている。

メモリダイ23413は、例えば、ロジックダイ23412で行われる信号処理において一時的に必要となるデータの記憶を行うメモリ回路を有する。

図２９では、センサダイ23411の下に、ロジックダイ23412及びメモリダイ23413が、その順番で積層されているが、ロジックダイ23412及びメモリダイ23413は、逆順、すなわち、メモリダイ23413及びロジックダイ23412の順番で、センサダイ23411の下に積層することができる。

なお、図２９では、センサダイ23411には、画素の光電変換部となるPDや、画素Trのソース／ドレイン領域が形成されている。

PDの周囲にはゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、ゲート電極と対のソース／ドレイン領域により画素Tr23421、画素Tr23422が形成されている。

PDに隣接する画素Tr23421が転送Trであり、その画素Tr23421を構成する対のソース／ドレイン領域の一方がFDになっている。

また、センサダイ23411には、層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜には、接続孔が形成される。接続孔には、画素Tr23421、及び、画素Tr23422に接続する接続導体23431が形成されている。

さらに、センサダイ23411には、各接続導体23431に接続する複数層の配線23432を有する配線層23433が形成されている。

また、センサダイ23411の配線層23433の最下層には、外部接続用の電極となるアルミパッド23434が形成されている。すなわち、センサダイ23411では、配線23432よりもロジックダイ23412との接着面23440に近い位置にアルミパッド23434が形成されている。アルミパッド23434は、外部との信号の入出力に係る配線の一端として用いられる。

さらに、センサダイ23411には、ロジックダイ23412との電気的接続に用いられるコンタクト23441が形成されている。コンタクト23441は、ロジックダイ23412のコンタクト23451に接続されるとともに、センサダイ23411のアルミパッド23442にも接続されている。

そして、センサダイ23411には、センサダイ23411の裏面側（上側）からアルミパッド23442に達するようにパッド孔23443が形成されている。

本開示に係る技術は、以上のような積層型の固体撮像装置に適用することができる。即ち、CF（Color Filter）および表面構造として、上述したように表面プラズモン共鳴フィルタ２７またはファブリペロ共振器４１の上層となる最表面にモスアイ構造３０を有する構成を適用することができ、これにより良好な分光特性を備えることができる。

＜内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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（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３０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３１は、図３０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は、撮像素子で構成される。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、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）などに適用され得る。そして、本開示に係る技術を適用することにより、高感度で、かつ、反射光によるフレアの発生を抑制し、より高画質な画像を撮像することができる。

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＞
本開示に係る技術（本技術）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、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３２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３２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３２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３３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図３３では、車両１２１００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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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３３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、撮像部１２０３１などに適用され得る。本開示に係る技術を適用することにより、高感度で、かつ、反射光によるフレアの発生を抑制し、より高画質な画像を撮像することができる。

＜構成の組み合わせ例＞
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
フォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、
前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造と
を備えるセンサ装置。
（２）
前記モスアイ構造が配置される基板表面が実効的に平坦に形成される
上記（１）に記載のセンサ装置。
（３）
前記フィルタは、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行う
上記（１）または（２）に記載のセンサ装置。
（４）
前記フィルタは、表面プラズモン共鳴フィルタである
上記（１）から（３）までのいずれかに記載のセンサ装置。
（５）
前記フィルタは、ファブリペロ共振器フィルタである
上記（１）から（３）までのいずれかに記載のセンサ装置。
（６）
前記モスアイ構造は、ナノインプリントのモールドに形成された微細構造パターンを、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造の最表面に塗布された樹脂材料に転写して形成される
上記（１）から（５）までのいずれかに記載のセンサ装置。
（７）
前記モスアイ構造は、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造とは個別に、微細構造パターンが樹脂部材に作成され、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に対して貼り合わされる
上記（１）から（５）までのいずれかに記載のセンサ装置。
（８）
前記モスアイ構造の微細構造パターンが作成された前記樹脂部材と、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造の無機材料との間に、応力緩和樹脂材料膜が積層されている
上記（７）に記載のセンサ装置。
（９）
フォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、
前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造と
を有するセンサ装置を備える電子機器。
（１０）
前記フィルタは、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行い、
マルチ分光またはハイパースペクトル分光を行うことができる
上記（９）に記載の電子機器。

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。また、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なく、他の効果があってもよい。

２１ センサチップ， ２２ 画素， ２３ フォトダイオード， ２４ 半導体基板， ２５ 反射防止膜， ２６ シリコン酸化膜， ２７ 表面プラズモン共鳴フィルタ， ２８ シリコン酸窒化膜， ２９ シリコン窒化膜， ３０ モスアイ構造， ３１ 遮光膜， ３２ アルミニウム膜， ３３ 微細構造， ４１ ファブリペロ共振器， ４２ 共振器， ４３ ハーフミラー層， ５１ 紫外線硬化樹脂， ５２ モールド， ６１ 応力緩和樹脂材料膜， ６２ オンチップカラーフィルタ

Claims (10)

1. フォトダイオードが形成される半導体基板と、
   前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、
   前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造と
   を備えるセンサ装置。
2. 前記モスアイ構造が配置される基板表面が実効的に平坦に形成される
   請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記フィルタは、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行う
   請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記フィルタは、表面プラズモン共鳴フィルタである
   請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記フィルタは、ファブリペロ共振器フィルタである
   請求項３に記載のセンサ装置。
6. 前記モスアイ構造は、ナノインプリントのモールドに形成された微細構造パターンを、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造の最表面に塗布された樹脂材料に転写して形成される
   請求項１に記載のセンサ装置。
7. 前記モスアイ構造は、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造とは個別に、微細構造パターンが樹脂部材に作成され、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に対して貼り合わされる
   請求項１に記載のセンサ装置。
8. 前記モスアイ構造の微細構造パターンが作成された前記樹脂部材と、前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造の無機材料との間に、応力緩和樹脂材料膜が積層されている
   請求項７に記載のセンサ装置。
9. フォトダイオードが形成される半導体基板と、
   前記半導体基板の受光面側に積層される多層構造に含まれるフィルタと、
   前記フィルタよりも上層の最表面に配置されるモスアイ構造と
   を有するセンサ装置を備える電子機器。
10. 前記フィルタは、光の３原色以上の多帯域で複数の分光を行い、
    マルチ分光またはハイパースペクトル分光を行うことができる
    請求項９に記載の電子機器。

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