JP5428509B2 - 2次元固体撮像装置、及び、2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法 - Google Patents
2次元固体撮像装置、及び、2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法 Download PDFInfo
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Description
[1]偏光フィルターは1度に1方向の偏光成分しか取得できない。
[2]画面全域で1種類(1方向)の偏光情報しか取得できない。
[3]偏光フィルターを回転させて偏光成分の強調・低減の調節を行う必要がある。
等、使い勝手の面で問題がある。
複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制する。
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている。
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御(制限)する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている。
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、残りの副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている。
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する。
複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法である。
第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をIqとしたとき、
画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Iqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求め、
求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-max及び偏光最小強度IPL-minとする。
第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をIqとしたとき、
光強度Iqの内の最大値Imaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxとし、
Imaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Iqの内の最小値Iminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度IPL-minとする。
1.本発明の第1の態様〜第4の態様に係る2次元固体撮像装置、本発明の第1の態様〜第2の態様に係る2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法、全般に関する説明
2.実施例1(本発明の第1の態様、第4の態様に係る2次元固体撮像装置、本発明の第1の態様に係る2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法)
3.実施例2(本発明の第2の態様に係る2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法)
4.実施例3(本発明の第2の態様に係る2次元固体撮像装置)
5.実施例4(本発明の第3の態様に係る2次元固体撮像装置、その他)
本発明の第1の態様〜第4の態様に係る2次元固体撮像装置、本発明の第1の態様〜第2の態様に係る偏光光データ処理方法における2次元固体撮像装置において、複数の画素領域は、全体としてX方向及びY方向の2次元マトリクス状に配列されている。
θ2=θ1+ 45 (度)
θ3=θ1+ 90 (度)
θ4=θ1+135 (度)
となる。尚、Q=3とした場合には、
θ2=θ1+ 60 (度)
θ3=θ1+120 (度)
となるし、Q=6とした場合には、
θ2=θ1+ 30 (度)
θ3=θ1+ 60 (度)
θ4=θ1+ 90 (度)
θ5=θ1+120 (度)
θ6=θ1+150 (度)
となる。また、限定するものではないが、Q0=4の構成、即ち、画素領域群は2×2の4つの画素領域から構成されている構成とすることができるし、Q0=6の構成、即ち、画素領域群は2×3の6つの画素領域から構成されている構成とすることができるし、Q0=9の構成、即ち、画素領域群は3×3の9つの画素領域から構成されている構成とすることができる。
0.5WC≦WS≦5WC
を例示することができる。尚、WSは5×10-8m以上であることが望ましい。偏光部材の作製方法として、導電遮光材料層の成膜技術、並びに、リソグラフィ技術とエッチング技術(例えば、四フッ化炭素ガス、六フッ化硫黄ガス、トリフルオロメタンガス、二フッ化キセノンガス等を用いた異方性ドライエッチング技術や、物理的エッチング技術)による導電遮光材料層のパターニング技術との組合せ、リソグラフィ技術とエッチング技術による基体における凹凸部の形成、並びに、基体の凸部頂面における導電遮光材料層の成膜技術との組合せ、あるいは又、所謂リフトオフ技術を挙げることができる。導電遮光材料層の成膜方法として、各種の真空蒸着法やスパッタリング法といった物理的気相成長法(PVD法)だけでなく、化学的気相成長法(CVD法)、メッキ法、MOCVD法、MBE法を挙げることができる。リソグラフィ技術として、フォトリソグラフィ技術(高圧水銀灯のg線、i線、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ等を光源として用いたリソグラフィ技術)、電子線リソグラフィ技術、X線リソグラフィを挙げることができる。あるいは又、フェムト秒レーザ等の極短時間パルスレーザによる微細加工技術や、ナノインプリント法に基づき、帯状の導電遮光材料層を形成することもできる。スリット領域の平面形状として、細長い矩形形状を挙げることができるが、これに限定するものではなく、スリット領域を、例えば、長方形の開口部の集合から構成することもできる。但し、この場合には、長方形の長軸(帯状の導電遮光材料層の延在方向)の長さは、スリット領域に入射する波長λ0の光の実効波長(スリット領域に充填された媒質の屈折率をn0としたとき、λ0/n0)よりも有意に大きいことが必要とされる。スリット領域は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の入射光を透過する媒質(誘電体材料)で充填されていることが好ましい。但し、これに限定するものではなく、スリット領域は、気体若しくは導電性のない液体で充填されていてもよい。一例として、可視光波長を考えた場合、赤色、緑色、青色のそれぞれの波長λR,λG,λBはおおよそ、
λR:600nm〜800nm
λG:500nm〜600nm
λB:380nm〜500nm
であるので、媒質の屈折率を1.5とした場合の媒質中の波長λ’R,λ’G,λ’Bは、
λ’R:400nm〜530nm
λ’G:330nm〜400nm
λ’B:250nm〜330nm
となり、帯状の導電遮光材料層の形成ピッチP0は、波長λ’R,λ’G,λ’Bの1/2以下であることが望ましい。また、導電遮光材料層の厚さは1μm以下であることが好ましい。導電遮光材料層の厚さが薄すぎると入射光を遮ることができなくなるので、導電遮光材料層の厚さの下限は入射光を十分に遮るような厚さとすればよい。
各画素領域を構成する複数の副画素領域120の内、1つの副画素領域120の光入射側には偏光部材130が配置されており、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3であり、実施例にあっては、Q0=4)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数であり、実施例にあっては、Q=4)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する。具体的には、
θ2=θ1+ 45 (度)
θ3=θ1+ 90 (度)
θ4=θ1+135 (度)
である。
PS=100nm
WS= 50nm
WC= 50nm
t0= 50nm
とした。尚、図4の(A)に図示するように、スリット領域32の平面形状を、細長い矩形形状とすることもできるし、図4の(B)に図示するように、長方形の開口部の集合から構成することもできる。但し、後者の場合には、長方形の長軸の長さは、スリット領域32を通過する光の実効波長(λ0/n0)よりも有意に長いことが必要とされる。スリット領域32は、平滑化層24を構成する材料と同じ材料で埋め込まれている。
εy=EY・exp[i(k・z−ω・t+δ2)]
EX:X成分の振幅
EY:Y成分の振幅
k :位相定数で、k=2π/λ
ω :電磁波の角振動数
δ1:X成分の初期位相
δ2:Y成分の初期位相
である。
IPL-max=Iave・(1+IPL)
IPL-min=Iave・(1−IPL)
の関係にある。偏光部材の指向能力(η)は偏光部材の方位角とは独立した特性値であるため、ItotalとIaveの強度比率は定数になると類推できる。仮に、比例定数=1とすれば、(1+IPL),(1−IPL)をItotalに乗ずることで、各々の副画素領域におけるIPL-max,IPL-minを有する画像を再現することができる。偏光部材130を備えた副画素領域120において、偏光情報を必要としない強度を導出する際にも、同様に、周囲の副画素領域からの補間により強度を求めることができるので、通常撮像(偏光情報が不要の撮影)におけるItotalの2次元マップも、同様にして取得することができる。
第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をIqとしたとき、
光強度Iqの内の最大値Imaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxとし、
Imaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Iqの内の最小値Iminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度IPL-minとする。
Claims (14)
- 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている2次元固体撮像装置。 - 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている2次元固体撮像装置。 - 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、残りの副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている2次元固体撮像装置。 - 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する2次元固体撮像装置。 - Q=4である請求項4に記載の2次元固体撮像装置。
- 各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている請求項4に記載の2次元固体撮像装置。 - 各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている請求項4に記載の2次元固体撮像装置。 - 偏光部材が配置されていない副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている請求項4に記載の2次元固体撮像装置。 - 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法であって、
第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をIqとしたとき、
画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Iqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求め、
求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-max及び偏光最小強度IPL-minとする2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。 - 各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、光強度IPL-max及び/又は光強度IPL-minに基づき補正する請求項9に記載の2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
- 各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、偏光部材が配置されていない副画素領域の近傍に位置し、偏光部材が配置された副画素領域から導かれた光強度IPL-max及び/又は光強度IPL-minに基づき補正する請求項10に記載の2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
- 第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度Iqを、偏光部材を有する副画素領域と同じ検出波長帯を有し、偏光部材を有していない、隣接する副画素領域における入射光の光強度によって補正する請求項9に記載の2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
- Q=4である請求項9に記載の2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
- 複数の画素領域が2次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、1つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Q0個の画素領域(但し、Q0≧3)から構成された画素領域群において、
第q番目(但し、q=1)の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第1番目の画素領域を除く残りの画素領域から(Q−1)個の画素領域(但し、Qは3以上、Q0以下の正の整数)を選択し、選択された第q番目の画素領域(但し、2≦q≦Q)を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq=θ1+(180/Q)×(q−1) (度)
を満足する2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法であって、
第q番目の画素領域(但し、q=1,2・・・Q)を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をIqとしたとき、
光強度Iqの内の最大値Imaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxとし、
Imaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度IPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Iqの内の最小値Iminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度IPL-minとする2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
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