JP5842146B2 - 固体撮像装置、撮像装置、及び分光素子 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る固体撮像装置の概略構成図である。固体撮像装置1は主として、半導体基板上に形成される光電変換部10と、レンズ部20と、分光素子30とを備えている。
図7は、実施の形態2に係る固体撮像装置の概略構成図である。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図8は、実施の形態3に係る固体撮像装置の概略構成図である。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図9は、実施の形態4に係る固体撮像装置の概略構成図である。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図10は、実施の形態5に係る固体撮像装置の概略構成図である。以下、本実施の形態と実施の形態1との相違点を中心に説明する。
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置を説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態においては、1つの集光レンズに対して3つの受光領域を配置する場合を例示したが、1つの集光レンズに対して4つあるいは2つの受光領域を配置してもよい。この場合、受光領域の数に応じて帯域毎の回折及び透過の設計を変えることで対応できる。また、上述の実施の形態においては、分光素子は、赤色波長帯の光を透過させ、緑色及び青色波長帯の光を回折しているが、これに限定されない。例えば、緑色波長帯の光を透過させ、青色及び赤色帯の光を回折させる分光素子や、青色帯の光を透過させ、緑色と赤色帯の光を回折させる分光素子を構成してもよい。さらには、入射光を可視光域と赤外域とに分光する分光素子を構成して、この分光素子を赤外画像撮影用の固体撮像装置に適用することも可能である。
図12は、実施の形態6に係るカメラ装置の概略構成図である。カメラ装置4は、撮像光学系71、固体撮像装置72、画像処理回路73、情報記録媒体74、制御回路75を備えている。
4 撮像装置
10 光電変換部
11、12、13 受光領域
20 レンズ部
21 集光レンズ
30 分光素子
301 入射面
302 出射面
31 第1の媒体
32 第2の媒体
51、52、53 導光手段
71 撮像光学系
72 固体撮像装置
73 画像処理回路
74 情報記録媒体
75 制御回路
Claims (16)
- 固体撮像装置であって、
二次元配列された複数の受光領域を有し、前記受光領域への入射光を光電変換し、入射光の強度に応じた電気信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部の上層に設けられる複数の集光レンズからなるレンズ部であって、前記集光レンズの各々が、連続する第1〜第3の受光領域の各組に対応して設けられるレンズ部と、
前記光電変換部と前記レンズ部との間に設けられる分光素子であって、前記分光素子が、周期的に屈折率が変化する媒体よりなり、前記集光レンズを透過した第1の波長帯及び第3の波長帯の光を回折させて、前記第1の受光領域及び前記第3の受光領域に入射させ、前記集光レンズを透過した第2の波長帯の光を偏向せずに透過して、前記第2の受光領域に入射させる分光素子とを備え、
前記分光素子から出射される第1の波長帯の光が前記分光素子の出射面となす角度の符号を正としたときに、前記分光素子から出射される第3の波長帯の光が前記分光素子の出射面となす角度の符号が負であり、
前記分光素子は、第1の誘電率を有する第1の媒体中に、前記第1の誘電率とは異なる第2の誘電率を有する第2の媒体よりなる、複数の互いに平行な柱状体を周期的に配置したフォトニック結晶であり、
前記柱状体の各々は、前記分光素子の入射面と平行で、かつ、前記第1〜第3の受光領域が連続する方向と直交するように配置され、前記柱状体の各々と直交する断面上において、平行四辺形(ただし、4つの角が等しい長方形を除く)の単位格子を有する格子の交点に位置し、
前記単位格子の一組の対辺間隔と他の一組の対辺間隔とが異なる、固体撮像装置。 - 前記分光素子の屈折率は、前記受光領域の全体に渡って同じ周期で変化する、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記分光素子は、前記第1及び第3の波長帯の光の波長よりも短い周期で屈折率分布が変化するように構成される、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 1つの前記集光レンズに対応する前記受光領域の各々は、それぞれ異なる波長帯域の光を受光する、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の受光領域の受光面は、受光面の法線に対して前記分光素子を透過した光がなす角度が、受光面を傾斜させない場合と比べて小さくなるように、前記集光レンズの光軸に対して傾斜している、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の受光領域の受光面に対して前記分光素子を透過した光がなす角度がほぼ0度である、請求項4に記載の固体撮像装置。
- 少なくとも一部の前記受光領域の受光面には、当該受光面に入射する最大強度の光の波長以下の周期を持つ微細な起伏構造が設けられる、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 少なくとも一部の前記受光領域の受光面が曲面である、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の受光領域の受光面の中心部は、受光面の法線に対して前記分光素子を透過した光がなす角度が、受光面を傾斜させない場合と比べて小さくなるように、前記集光レンズの光軸に対して傾斜しており、
前記第1の受光領域の受光面の周辺部が曲面である、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記分光素子と前記光電変換部との間に設けられ、前記分光素子から出射された光を前記光電変換部に導く導光部材を更に備える、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記導光部材は、前記第1の受光領域に対応して設けられ、前記分光素子によって回折された前記第1の波長帯の光を前記第1の受光領域に導く、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記導光部材は、前記第1〜第3の受光領域の各々に対応して設けられ、前記分光素子によって回折された前記第1〜第3の波長帯の光をそれぞれ前記第1〜第3の受光領域に導く、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記導光部材は、周囲の媒体よりも屈折率が高い媒体よりなる、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記導光部材は、所定の誘電率を有する媒体中に前記所定の誘電率とは異なる誘電率の媒体を、入射する光の波長以下の周期で周期的に配置したフォトニック結晶である、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 撮像装置であって、
撮像光学系と、
前記撮像光学系によって形成される光学像を電気信号に変換する、請求項1に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた電気信号に対して画像処理を行う画像処理回路とを備える、撮像装置。 - 入射面から入射した光の少なくとも一部を偏向して前記入射面と平行な出射面から出射する分光素子であって、
第1の誘電率を有する第1の媒体と、
前記第1の媒体中に互いに平行な複数の柱状体として配置され、前記第1の誘電率とは異なる第2の誘電率を有する第2の媒体とを備え、
前記柱状体の各々は、前記分光素子の入射面と平行であり、前記柱状体の各々と直交する断面上において、平行四辺形(ただし、4つの角が等しい長方形を除く)の単位格子を有する格子の交点に位置し、
前記分光素子から出射される第1の波長帯の光が前記分光素子の出射面となす角度の符号を正としたときに、前記分光素子から出射される第3の波長帯の光が前記分光素子の出射面となす角度の符号が負であり、
前記分光素子は、前記第1の媒体中に、前記第2の媒体よりなる前記柱状体を周期的に配置したフォトニック結晶であり、
前記柱状体の各々は、前記分光素子の入射面と平行であり、前記柱状体の各々と直交する断面上において、平行四辺形(ただし、4つの角が等しい長方形を除く)の単位格子を有する格子の交点に位置し、
前記単位格子の一組の対辺間隔と他の一組の対辺間隔とが異なる、分光素子。
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