KR20220051233A - 촬상소자 및 촬상장치 - Google Patents

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미츠마사 나카지마
토시카즈 하시모토
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니폰 덴신 덴와 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 촬상소자는, 기판 상에 광전변환소자를 포함하는 복수의 화소가 어레이 형상으로 배열된 화소 어레이와, 화소 어레이 상에 형성된 투명층과, 투명층의 내부 또는 상의 복수의 분광소자의 각각에 대응하는 위치에, 복수의 분광소자가 어레이 형상으로 배열된 분광소자 어레이를 구비한다. 분광소자의 각각은, 투명층의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 재료로 형성된 복수의 미세구조체를 포함한다. 복수의 미세구조체는, 미세구조체 패턴을 가진다. 분광소자의 각각은, 입사된 빛을, 파장에 따라서 전파방향이 다른 편향광으로 분리하여 출사한다.

Description

촬상소자 및 촬상장치
본 발명은, 촬상소자 및 촬상소자를 구비하는 촬상장치에 관한 것이다.
일반적으로, CCD(Charge Coupled Device) 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 등의 광전변환소자를 구비하는 촬상소자에 있어서, 촬상 대상의 색정보를 취득하기 위하여는, 광전변환소자를 포함하는 각 화소 상에서 입사광의 색분리를 행할 필요가 있다.
도 1에, 일반적인 컬러촬상소자의 단면도를 나타낸다. 종래의 컬러촬상소자(100)에서는, 전기배선(112) 상에 광전변환소자(102)가 배치되고, 유기재료 또는 무기재료로 이루어지는 감색(減色)형의 색필터(104)가 광전변환소자(102)를 포함하는 각 화소에 대향하여 배치된다. 색필터(104) 상에는 마이크로 렌즈(103)가 배치된다. 마이크로 렌즈(103)로부터 빛이 입사하면, 색필터(104)를 이용하여, 원하는 파장대의 빛만을 투과시키고, 불필요한 파장대의 빛을 흡수 또는 반사시킴으로써, 화소마다 적(R), 녹(G), 청(B)에 대응하는 3개의 광전변환소자(102)로부터 각 신호를 취득하여, 컬러의 2차원 화상을 생성할 수 있다.
하지만, 상기와 같은 일반적인 컬러촬상소자(100)에서는, RGB가 1:1:1 비율의 입사광인 경우, 색필터(104) 투과 후의 총광량이 필연적으로 1/3 정도가 되어버린다는 과제가 있다. 소실된 나머지 빛은, 색필터(104)에 의한 흡수 또는 반사에 따른 손실로, 화상의 구성에 이용할 수 없다. 따라서, 입사광의 광이용 효율은 최대여도 30% 정도가 되어, 촬상소자의 감도는 크게 제한되어 있다. 화소의 미세화(화상의 고해상도화)가 진행되고 있는 최근에서는, 1화소가 받는 광량이 필연적으로 저하하고 있어, 상기한 촬상소자 감도의 제한을 저감시키는 것이 요구되고 있다.
촬상소자 감도의 제한을 저감시키기 위한 방법으로서, 색필터(104) 대신에, 입사광을 파장대에 따라서 분기하는 것이 가능한 프리즘이나 다이크로익 미러 등의 분광소자를 이용하여, 컬러촬상소자를 구성하는 것이 제안되어 있다. 이와 같은 방법은, 원리적으로 입사광의 손실을 크게 저감시킬 수 있어, 색필터(104)를 사용한 경우에 비하여, 광이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 하지만, 화소의 미세화가 진행되고 있는 최근에서는, 프리즘이나 다이크로익 미러 등의 분광소자를 그 기능과 특성을 유지한 채로 광전변환소자 상으로 집적하는 것은 곤란하다.
그래서 최근에는, 광전변환소자 상에 집적하는 것이 비교적 용이한 미세구조로 이루어지는 분광소자를 이용하여, 컬러촬상소자를 구성하는 것이 제안되고 있다. 비특허문헌 1에서는, 입사광을 2파장 영역으로 분리하는 것이 가능한 2종류의 미세구조를 이용함으로써, 색분리에 있어서의 광손실을 원리적으로 없애고, 광이용 효율을 향상시키는 방법이 제안되어 있다.
도 2의 (a)에 비특허문헌 1에 있어서 제안되어 있는 컬러촬상소자(200)의 상면도를 나타내고, 도 2의 (b)에 그 IIb-IIb 단면도를 나타내며, 도 2의 (c)에 그 IIc-IIc 단면도를 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 컬러촬상소자(200)는, 색필터(104) 대신에 화소(광전변환소자(102))에 대응하여 배치된 미세한 빔구조(206-1, 206-2)에 의하여, 입사광은 파장영역에 따라서, 직진하는 빛과 좌우로 편향하는 빛으로 분리한다. 이것은, 미세한 빔구조 내와 그 주위에 있어서, 입사광이 느끼는 위상지연효과가, 한쪽 파장영역에서는 크게 다르고, 또 다른 한쪽 파장영역에서는 거의 같아지기 때문이다. 따라서, 2차원 화소 어레이 상에, 구조 두께가 다른 2종류의 미세한 빔구조(206-1, 206-2)를 행마다 번갈아가며 배치함으로써, 서로 인접하는 4개의 광전변환소자(102)는 각각 다른 파장 성분을 가진 빛을 받을 수 있게 된다. 그 결과, 각 광전변환소자(102)로부터 출력되는 광전변환신호에 대하여 행렬연산을 이용한 신호처리를 하고, 색정보를 재생함으로써, 색화상을 생성할 수 있다.
또한, 비특허문헌 2에서는, 입사광을 3파장 영역으로 분리하는 것이 가능한 두께가 일정한 바이너리 미세구조를, 화소(광전변환소자(102)) 상에 배치함으로써, 광이용 효율을 향상시키는 방법이 제안되어 있다.
도 3의 (a)에 비특허문헌 2에 있어서 제안되어 있는 미소분광소자(306)를 가지는 컬러촬상소자(300)의 상면도를 나타내고, 도 3의 (b)에 그 IIIb-IIIb 단면도를 나타낸다. 비특허문헌 2의 컬러촬상소자(300)를 이용함으로써, 비특허문헌 1의 컬러촬상소자(200)를 이용한 경우와 마찬가지로, 신호처리를 이용한 색정보 재구성에 의하여 색화상을 생성할 수 있다. 더욱이, 비특허문헌 2의 컬러촬상소자(300)에 있어서의 광이용 효율은, 비특허문헌 1의 컬러촬상소자(200)의 광이용 효율을 상회한다. 또한, 비특허문헌 2의 컬러촬상소자(200)는, 비특허문헌 1의 컬러촬상소자(200)에서 문제였던 편광의존성이 없고, 또한, 바이너리 구조이므로 제작이 용이하다는 등의 이점이 있다.
비특허문헌 1: Seiji Nishiwaki, Tatsuya Nakamura, Masao Hiramoto, Toshiya Fujii and Masa-aki Suzuki, "Efficient colour splitters for high-pixel-density image sensors," Nature Photonics, Vol. 7, March 2013, pp.240-246 비특허문헌 2: Masashi Miyata, Mitsumasa Nakajima, Toshikazu Hashimoto, "High-Sensitivity Color Imaging Using Pixel-Scale Color Splitters Based on Dielectric Metasurfaces," ACS Photonics, March 2019, pp1442-1450 비특허문헌 3: David Sell, Jianji Yang, Sage Doshay, Jonathan A. Fan, "Periodic Dielectric Metasurfaces with High-Efficiency, Multiwavelength Functionalities," Advanced Optical Materials, Vol.5, 2017, 1700645
비특허문헌 1 및 2에는, 색화상 생성의 방법으로서, 신호처리를 이용한 색재구성 방법이 제안되어 있다. 하지만, 비특허문헌 1 및 2에서 개시된 기술에는, 실용상의 과제가 존재한다. 이러한 색화상 생성의 방법은, 이 신호처리에 기인하는 색의 에러(노이즈)가 발생하게 되는 것이 염려되며, 화상의 신호 대 노이즈비(SN비)가 열화할 우려가 있다. 따라서, 분광소자에 의하여, 광이용 효율, 즉 센서에서의 수광량이 증가하였더라도, 신호처리에 의한 새로운 노이즈의 부가에 의하여, 촬상화상의 SN비가 개선되지 않을 우려가 있어, 실질적인 감도가 향상되지 않을 우려가 있다. 더욱이, 신호의 처리시간이 새롭게 필요해지므로, 촬상의 시간분해능의 저하가 걱정된다. 한편, 비특허문헌 2에서 개시되어 있는 바와 같이, 통상 진원(眞圓)인 마이크로 렌즈의 형상을 타원으로 하거나, 또는 통상 정사각형인 화소의 형상을 직사각형으로 하거나 하여서, 신호처리를 이용하지 않고 신호 강도로부터 직접 색정보를 취득하는 형태를 생각할 수 있는데, 렌즈나 화소 형상의 변경은 기존의 제작 프로세스나 후단처리, 화소 배치 등과 적합하지 않을 우려가 있는 것 외에, 화상의 공간해상도의 균일성을 흩뜨릴 우려가 있으므로, 실현성이 희박하다.
본 개시는, 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 신호처리에 의한 색재구성을 이용하지 않고, 고감도로 화상을 생성할 수 있는 촬상소자 및 촬상장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 촬상소자는, 기판 상에 광전변환소자를 포함하는 복수의 화소가 어레이 형상으로 배열된 화소 어레이와, 화소 어레이 상에 형성된 투명층과, 투명층의 내부 또는 투명층 상의 복수의 화소의 각각에 대응하는 위치에, 복수의 분광소자가 어레이 형상으로 배열된 분광소자 어레이를 구비하고, 분광소자의 각각은, 투명층의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 재료로 형성된 복수의 미세구조체를 포함하며, 복수의 미세구조체는, 미세구조체 패턴을 가지고, 분광소자의 각각은, 입사한 빛을, 파장에 따라서 전파방향이 다른 편향광으로 분리하여 출사한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 색재구성의 신호처리의 부담을 경감하고, 고감도로 화상을 생성할 수 있는 촬상소자 및 그 촬상소자를 구비한 촬상장치를 실현할 수 있다. 생성되는 화상은, 촬상소자에 입사한 가시광이 전기신호로 변환된 광전변환신호에 근거하는 색화상으로 할 수 있다. 또는, 생성되는 화상은, 촬상소자에 입사한 적외광 또는 자외광이 전기신호로 변환된 광전변환신호에 근거하는 화상으로 할 수 있다. 따라서, 신호처리에 의한 화상 열화의 염려를 저감하고, 미소분광소자에 의한 광이용 효율 향상의 은혜를 직접적으로 촬상 감도 향상에 반영시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 촬상소자는, 널리 이용되고 있는 진원의 마이크로 렌즈나 정사각형의 화소 형상을 이용하여 촬상소자를 구성할 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 일반적인 컬러촬상소자의 단면도이다.
도 2의 (a)는 비특허문헌 1에 있어서 제안되어 있는 컬러촬상소자의 상면도이고, 도 2의 (b)는 그 IIb-IIb 단면도이며, 및 도 2의 (c)는 그 IIc-IIc 단면도이다.
도 3의 (a)는 비특허문헌 2에 있어서 제안되어 있는 컬러촬상소자의 상면도이고, 도 3의 (b)는 그 IIIa-IIIb 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 촬상장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 측면도이다.
도 5의 (a)는 화소 어레이 및 분광소자 어레이를 포함하는 촬상소자(500)의 상면에서 본 구성의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 5의 (b)는 그 Vb-Vb 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는 화소 어레이 및 분광소자 어레이를 포함하는 촬상소자(600)의 상면에서 본 구성의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 그 VIb-VIb 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 입사광을 3개의 파장영역마다(R, G, B) 3방향을 따라서 공간적으로 분리하는 분광특성을 실현하는 위상지연분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)는 본 실시형태에 따른 미소분광소자(101)를 구성하는 미세구조체의 일례의 상면도이고, 도 8의 (b)는 미세구조체의 일례의 측면도이다.
도 9의 (a), (d) 및 (g)는 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)의 일례의 상면도이고, 도 9의 (b), (e) 및 (h)는 도 9의 (a), (d) 및 (g)에 대응하는 미소분광소자(101)의 측면도이며, 또한 도 9의 (c), (f) 및 (i)는 도 9의 (a), (d) 및 (g)에 대응하는 미소분광소자(101)의 위상지연분포(플롯)와 이상적인 위상지연분포(선)를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a), (c), (e)는 도 9의 (b), (e), (h)에 각각 대응하는 미소분광소자(101)에 있어서의 빛의 전파를 나타내는 도면이고, 도 10의 (b), (d), (f)는 도 10의 (a), (c), (e)의 미소분광소자에 있어서의 분광기능의 효율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 광전변환소자(102)를 포함하는 화소의 배치의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 12의 (a) 내지 (c)는 광전변환소자(102)를 포함하는 화소의 배치의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 화소 어레이 및 분광소자 어레이를 포함하는 촬상소자(700)의 단면에 있어서의 구성의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 이하의 실시형태는 일례에 불과하며, 본 발명은 이들 실시형태로 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 촬상장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 측면도이다. 촬상장치(10)는, 렌즈 광학계(11), 촬상소자(12), 및 촬상소자(12)로부터 출력되는 광전변환신호를 처리하여 화상신호를 생성하는 신호처리부(13)를 구비한다.
자연광이나 조명광 등의 빛이 물체(1)에 조사되어 물체(1)에 의하여 투과/반사/산란된 빛은, 또는, 물체(1)에서 발하는 빛은, 렌즈 광학계(11)에 의하여 CCD나 CMOS 등의 광전변환소자를 포함하는 촬상소자(12) 상에 광학상을 형성한다. 일반적으로, 렌즈 광학계는, 다양한 광학수차를 보정하기 위하여, 광축을 따라서 늘어선 복수의 렌즈로 이루어지는 렌즈 그룹에 의하여 구성되는데, 도 4에서는 도면을 간략화하여 단일 렌즈로 나타내고 있다. 신호처리부(13)는, 촬상소자(12)로부터 출력되는 광전변환신호를 처리하여 화상신호를 생성하고, 생성한 화상신호를 외부로 송출하는 화상신호출력을 구비한다. 한편, 본 발명의 촬상장치(10)는, 적외광 커트의 광학필터, 전자셔터, 뷰파인더, 전원(전지), 플래시라이트 등의 공지의 구성요소를 구비할 수 있는데, 그러한 설명은 본 발명의 실시형태를 이해하는 데에 특별히 필요하지 않기 때문에 생략한다. 또한, 이상의 구성은 어디까지나 일례이고, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 렌즈 광학계(11), 촬상소자(12), 신호처리부(13)를 제외하는 구성요소에는, 공지의 요소를 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 실시형태의 상세를 설명하기 전에, 본 발명의 실시형태에 있어서의 촬상소자(12)의 개략을 설명한다. 본 발명의 실시형태의 촬상소자(12)는, 미소분광소자(101)와, 광전변환소자(102)를 포함하는 화소를 구비한다. 광전변환소자(102)를 포함하는 화소는, 2차원 형상으로 복수 배열되어 화소 어레이를 구성하고 있다. 또한, 미소분광소자(101)는, 광전변환소자(102)를 포함하는 화소와 대향하도록 2차원 형상으로 복수 배열되어, 분광소자 어레이를 구성하고 있다. 복수의 화소의 각각은, 복수의 분광소자의 각각에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 분광소자의 각각에 대응하는 위치란, 예를 들어 각 분광소자가 차지하는 영역에서 소자면 수직방향으로 화소 어레이에 내려뜨린 투영면에 화소 어레이의 각 화소가 겹쳐 있는 상태를 포함한다.
도 5의 (a)에 촬상소자(12)의 일례로서, 화소 어레이 및 분광소자 어레이를 포함하는 촬상소자(500)의 상면에서 본 구성의 일부를 모식적으로 나타내고, 도 5의 (b)에 그 Vb-Vb 단면에 있어서의 촬상소자(500)의 구성의 일부를 모식적으로 나타낸다. 분광소자 어레이는, 화소 어레이와 대향하고 있다. 분광소자 어레이는, 렌즈 광학계(11)로부터의 빛이 입사하는 측에 배치되어 있다. 분광소자 어레이와 화소 어레이의 사이, 및 분광소자 어레이의 렌즈 광학계(11) 측에는, 투명층(111)이 설치되어 있다. 화소 어레이의 분광소자 어레이의 반대측에는 전기배선(112)(미도시)이 설치되어 있다.
분광소자 어레이를 구성하는 각 미소분광소자(101)는, 두께(y축 방향의 길이)가 일정한 미세구조 패턴을 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 각 미소분광소자(101)는, 두께가 일정한데, 상면 및 하면의 형상이 배열의 위치에 따라서 다른 미세구조 패턴을 가지고 있다. 미세구조 패턴의 상세는 후술한다. 한편, 미소분광소자(101)의 두께는, 위치에 따라서 두께가 다른 미세구조체여도 좋다. 또한, 미세구조 패턴에 제한은 없으며, 다양한 배열 형태를 취할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시형태의 촬상소자(12)는, 마이크로 렌즈나 차광벽 등의 공지의 구성요소를 구비할 수 있는데, 그 설명은 본 발명의 개략적인 이해에 특별히 필요하지 않으므로, 도 5에서는 생략하고 있다.
본 실시형태의 설명은, 촬상소자(12)에 입사하는 빛을, 파장영역마다 제1 파장영역, 제2 파장영역, 및 제3 파장영역으로 분류하는데, 이것으로 한정되지 않는다. 한편, 제1 내지 제3 파장영역의 조합은, 일반적으로 적(R), 녹(G), 청(B)의 3원색인데, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 파장영역의 조합은, 적외광의 파장영역에 있어서의 서로 다른 복수의 파장영역의 조합이어도 좋고, 자외광의 파장영역에 있어서의 서로 다른 복수의 파장영역의 조합이어도 좋다. 본 발명의 실시형태에 있어서의 분광소자 어레이를 구성하는 미소분광소자(101)의 각각은, 후술하는 미세구조체에 기인하는 위상지연효과 및 그 구조치수의존성 및 파장의존성을 이용함으로써, 상술한 제1 내지 제3 파장영역에 따라서, 촬상소자(12)에 입사한 빛의 전파방향을 바꾸고, 화소 어레이 상에 있어서 공간적으로 빛을 분리하는 기능을 가진다. 즉, 본 발명의 실시형태에서는, 촬상소자(12)에 입사한 빛은, 각 미소분광소자(101)에 의하여, 파장영역에 따라서, 제1 방향(좌), 제2 방향(직진), 제3 방향(우)의 3방향으로 분리하여, 복수의 화소에 입사한다. 보다 상세한 예로서, 미소분광소자(101)가, 청(B)을 제1 방향(좌)으로 분리하고, 녹(G)을 제2 방향(직진)으로 분리하며, 적(R)을 제3 방향(우)으로 분리하는 경우를 설명한다. 청(B)의 파장영역의 빛은, x축 방향으로 확산되어 폭이 넓은 빛(파장성분이 늘어선 빛)으로서, 청에 대응하는 화소(녹에 대응하는 화소의 좌측에 인접)에 입사한다(단파장의 빛의 입사각과 장파장의 빛의 입사각이 다르다). 적(R)의 파장영역의 빛은, x축 방향으로 확산되어 폭이 넓은 빛(파장성분이 늘어선 빛)으로서, 적에 대응하는 화소(녹에 대응하는 화소의 우측에 인접)에 입사한다(단파장의 빛의 입사각과 장파장의 빛의 입사각이 다르다). 녹(G)의 파장영역의 빛은, x축 방향으로 확산되지 않고 폭이 좁은 빛으로서, 그 미소분광소자에 대응하는 위치에 형성된 녹에 대응하는 화소에 입사한다(단파장의 빛의 입사각과 장파장의 빛의 입사각이 대략 같다).
또한, 평면 1축 방향(xy평면의 x축 방향)을 따라서 인접하는 3개의 미소분광소자(101)를 1개의 분광유닛으로 하면, 1개의 분광유닛을 구성하는 3개의 미소분광소자(101)의 분광기능은 서로 다르다. 구체적으로, 1개의 분광유닛은, 3종류의 미소분광소자를 포함한다. 예를 들어, 제1 종류의 미소분광소자는, 제1 파장영역, 제2 파장영역, 제3 파장영역의 빛을, 각각 제1 방향(좌), 제2 방향(직진), 제3 방향(우)으로 분리시키는 분광기능을 가진다. 제2 종류의 미소분광소자는, 제1 파장영역, 제2 파장영역, 제3 파장영역의 빛을, 각각 제3 방향(우), 제1 방향(좌), 제2 방향(직진)으로 분리시키는 분광기능을 가진다. 제3 종류의 미소분광소자는, 제1 파장영역, 제2 파장영역, 제3 파장영역의 빛을, 각각 제2 방향(직진), 제3 방향(우), 제1 방향(좌)으로 분리시키는 분광기능을 가진다.
따라서, 미소분광소자(101)와 광전변환소자(102)를 포함하는 화소와의 거리를, 그 미소분광소자(101)에 의하여 제2 방향(직진)으로 분리된 빛, 그 미소분광소자(101)의 우측에 인접하는 미소분광소자에 의하여 제1 방향(좌)으로 분리된 빛, 및 그 미소분광소자(101)의 좌측에 인접하는 미소분광소자에 의하여 제3 방향(우)으로 분리된 빛이, 그 광전변환소자(102)에 입사하는 거리로 함으로써, 각각의 분광유닛의 바로 아래에 있는 3개의 화소(광전변환소자(102))는, 각각 제1, 제2, 제3 파장영역의 어떤 빛만을 받게 된다. 화소에 빛이 입사하면, 광전변환소자(102)가 입사한 빛의 강도에 따른 전기신호(광전변환신호)를 출력하기 때문에, 파장영역에 따른 신호(3원색이라면 컬러 정보)를 직접적으로 취득할 수 있게 된다. 이상의 미소분광소자(101) 및 미소분광소자(101)에 대응한 복수의 화소(광전변환소자(102))가, 2차원 형상으로 배치되어 있으므로, 렌즈 광학계에 의하여 형성되는 물체의 광학상의 파장영역마다의 정보를, 특별한 신호처리를 이용하지 않고 동시에 취득할 수 있다.
후술하는 제1 실시형태에 대하여는, 제1 내지 제3 파장영역을 R, G, B의 3원색으로 하고, 미소분광소자(101)에 의하여 R, G, B의 파장영역마다 입사광을 3방향으로 공간적으로 분리한다. 즉, 입사광의 거의 모두가 R, G, B의 파장영역으로 분리된 상태로 분광유닛의 바로 아래에 있는 3개의 화소(광전변환소자(102))에 입사한다. 따라서, 큰 광손실이 없고, 화소(광전변환소자(102))로부터 얻어지는 광전변환신호에서 컬러 정보를 직접적으로 취득할 수 있다.
　또한, 후술하는 제2 실시형태에 대하여는, 제 1 내지 제3 파장영역을 R, G, B의 3원색으로 하고, 미소분광소자(101)가, R, G, B의 파장영역마다 입사광을 3방향으로 공간적으로 분리한다. 더욱이, 분리한 빛의 각 파장영역에 각각 대응한 감광형의 밴드 패스 필터(색필터(104))가 3방향으로 분리한 빛을 필터링한다. 즉, 입사광의 거의 모두가 R, G, B의 파장영역으로 분리되고, 또한 각각 파장영역에 대응한 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 상태로 분광유닛의 바로 아래에 있는 3개의 화소(광전변환소자(102))에 입사한다. 따라서, 제2 실시형태에 있어서도 제1 실시형태와 마찬가지로, 큰 광손실이 없고, 화소(광전변환소자(102))로부터 얻어지는 광전변환신호에서 컬러 정보를 직접적으로 취득할 수 있으며, 이와 더불어 필터링의 효과에 의하여 색재현성이 향상된다.
본 발명의 실시형태에 있어서의 촬상소자에 따르면, 미소분광소자를 이용한 파장영역마다의 광분리에 의하여, 큰 광손실이 없고, 물체의 광학상의 파장영역마다의 정보를 취득할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 파장영역을 R, G, B의 3원색으로 하면, 컬러 화상을 취득할 수 있다. 또한, 파장영역마다의 정보를 직접적으로 취득하는 것이 가능하고, 신호처리에 근거하는 색재구성을 이용할 필요가 없으므로, 비특허문헌 1 및 2에서 개시된 기술에 있어서의 과제였던 색재구성에 의한 화상 열화의 염려가 없다. 따라서, 미소분광소자에 의한 광이용 효율 향상의 은혜를 직접적으로 촬상감도 향상에 반영시킬 수 있게 되어, 색필터만을 이용한 종래의 촬상소자와 비교하여, 컬러 정보의 감도를 높일 수 있게 된다. 또한, 미소분광소자와 색필터를 병용함으로써, 색필터만을 이용한 종래의 촬상소자에 비하여, 높은 광이용 효율을 유지하면서, 색재현성을 향상시키는 것도 가능하다. 더욱이, 본 발명의 촬상소자는, 일반적으로 채용되고 있는 마이크로 렌즈 형상이나 화소 형상을 변경할 필요가 없으므로, 기존의 제작 프로세스나 촬상 시스템과 정합성이 높아, 종래의 촬상소자를 구성하는 색필터를 미소분광소자로 치환하는 것만으로 효과가 얻어지는 등의 이점이 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다.
(제1 실시형태)
이하, 본 실시형태에 있어서의 촬상소자의 구성의 개략에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는 입사광을 3파장 영역마다(R, G, B) 분광하는 형태를 나타내는데, 분광되는 파장영역의 수나 각 파장영역에 있어서의 파장은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개의 파장영역 중 적어도 1개가 3원색 이외의 파장의 빛(예를 들어, 적외광이나 자외광)이어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 분광소자 어레이 및 화소 어레이는, 분광소자 및 화소가 각각 2차원으로 배열된 형태를 나타내는데, 분광소자 및 화소가 각각 1차원으로 배열된 형태여도 좋다.
도 6의 (a)에 촬상소자(12)의 예로서, 화소 어레이 및 분광소자 어레이를 포함하는 촬상소자(600)의 상면에서 본 구성의 일부를 모식적으로 나타내고, 도 6의 (b)에 그 VIb-VIb 단면에 있어서의 촬상소자(600)의 구성의 일부를 나타낸다. 촬상소자(600)는, 광전변환소자(102)를 포함하는 화소가 어레이 형상이 되도록 배열된 2차원 화소 어레이 상에, SiO2 등으로 이루어지는 저굴절률의 투명층(111), 및 복수의 마이크로 렌즈(103)가 적층되어 있다. 저굴절률의 투명층(111)의 내부에는, 미소분광소자(101)가 매립되어 있다.
미소분광소자(101)는, 투명층(111)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 SiN이나 TiO2 등의 재료로 형성된 복수의 미세구조체를 포함한다. 복수의 미세구조체는, 미세구조 패턴을 가지도록 형성되어 있다. 편의상, 이하의 설명은 2차원 화소 어레이(광전변환소자(102)의 어레이)의 법선방향을 z축, 2차원 화소 어레이에 평행한 수평방향을 x축, 2차원 화소 어레이에 평행한 x축에 수직인 방향을 y축으로 하는 xyz 직교좌표계를 설정한다.
도 6의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 마이크로 렌즈(103), 미소분광소자(101) 및 화소(광전변환소자(102))는 xy평면 상에 있어서 동일한 주기로 격자 형상으로 배치되어, 각각 어레이를 형성하고 있다. 각 마이크로 렌즈(103)의 바로 아래에 1개의 미소분광소자(101)와 1개의 화소(광전변환소자(102))가 배치되어 있다. 미소분광소자 어레이는, 입사광을 3파장 영역마다(R, G, B), 평면상 x축에 평행한 방향을 따라서, 각각 3방향(좌, 직진, 우)으로 공간적으로 분리하는 미소분광소자(101)로 구성된다. 또한, x축을 따라서 인접하는 3개의 미소분광소자(101)를 1개의 분광유닛(도 6의 (a) 중에 점선의 직사각형으로 나타냄)으로 하면, 미소분광소자 어레이는, 분광유닛이 격자 형상으로 어레이를 형성하고 있다고 볼 수 있다. 분광유닛을 구성하는 3개의 미소분광소자(101)는, 3개의 파장영역마다 할당된 3개의 방향의 조합이 각각 다르다. 구체적으로는, 분광유닛은, R광(실선으로 표시), G광(점선으로 표시), B광(일점쇄선으로 표시)을, 각각 좌, 직진, 우로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자와, R광, G광, B광을, 각각 우, 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자와, R광, G광, B광을, 각각 직진, 우, 좌로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자를 포함하는 3종류의 미소분광소자를 가진다.
한편, 상술한 설명에서는, 일례로서, 정사각형의 화소(광전변환소자(102))가 직교 격자 형상으로 배열된 2차원 화소 어레이인 경우에 대하여 설명하였는데, 화소의 배열, 형상, 사이즈 등은 이 도면의 예로 한정되지 않는다. 또한, 도 6의 (b)에서는 생략하고 있는데, 2차원 화소 어레이와 미소분광소자 어레이와의 사이에, 내부 마이크로 렌즈로서 동작하고, 미소분광소자(101)로부터의 빛을 화소 내의 광전변환소자(102)로 유도하도록 작용하는 SiN 또는 TiO2 등으로 이루어지는 투명층보다 높은 굴절률의 요철 구조에 의한 집광기능을 가지는 구조체를 구비할 수 있다. 이러한 구조체는 투명층보다 높은 굴절률의 1매로 된 판이어도 좋다. 도 6의 (a) 및 (b)에 나타낸 구조는, 반도체 제조기술에 의하여 제작될 수 있다.
한편, 도 6의 (a) 및 (b)에 나타나는 촬상소자(600)는, 전기배선(112)이 형성된 배선층의 반대측으로부터 빛이 입사하는 이면조사형 구조를 가지고 있는데, 본 실시형태에서는 이와 같은 구조로 한정되지 않고, 예를 들어 배선층 측에서 수광하는 표면조사형 구조를 가지고 있어도 좋다.
이하, 본 실시형태에 따른 촬상소자(600)의 각 구성요소의 작용에 대하여 설명한다.
촬상소자(600)에 입사하는 백색광은, 우선 마이크로 렌즈 어레이에 의하여 집광되고, 거의 모든 빛이 각 마이크로 렌즈(103)에 대응한 미소분광소자(101)를 통과한다. 각 미소분광소자(101)에 의하여, 빛은 3개의 파장영역마다 3방향으로 공간적으로 분리되고, 각 미소분광소자(101)의 바로 아래에 있는 3개의 화소(광전변환소자(102))에 의하여 각각 수광된다. 분광유닛의 구성으로부터, 미소분광소자 어레이의 바로 아래에 있는 화소 어레이의 각 화소는 R, G, B의 어느 파장역의 빛이 입사하게 되므로, 각 화소가 R, G, B의 어느 컬러 정보의 검출을 대응한다. 최후에, 각 화소 내의 광전변환소자(102)에 의하여 광전변환이 이루어져, 컬러 정보를 포함하는 화상신호로서 출력된다.
한편, 화소 어레이와 미소분광소자와의 사이에, 내부 마이크로 렌즈로서 동작하는 SiN 또는 TiO2 등으로 이루어지는 투명층보다 높은 굴절률의 요철 구조에 의한 집광기능을 가지는 구조체, 또는, SiN 혹은 TiO2 등으로 이루어지는 투명층보다 높은 굴절률의 1매로 된 판에 의한 집광기능을 가지는 구조체를 구비할 수 있는데, 후술하는 미소분광소자(101)는 형성하는 위상지연분포에 따라서는, 렌즈 기능을 가지는 것이 가능하므로, 내부 마이크로 렌즈를 생략할 수도 있다.
이하, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이 미소분광소자(101)가 입사광을 3개의 파장영역마다(R, G, B) 3방향을 따라서 공간적으로 분리하기 위하여는, 1개의 미소분광소자(101)를 투과하는 빛에 대하여, 파장영역마다 다른 위장지연분포를 주어, 광파면을 변화시키는 것이 필요하다.
도 7의 (a)에, 입사광을 3개의 파장영역마다(R, G, B) 3방향을 따라서 공간적으로 분리하는 분광특성을 실현하는 위상지연분포의 일례를 나타낸다. 여기에서는, 도 7의 (a)에 나타내는 위상지연분포는, 제1 파장영역(R)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 -2π까지 선형 감소하는 직선 상을 따르고 있고, 제2 파장영역(G)에 대응하는 파장의 위상지연분포는 공간적인 변화는 없으며, 제3 파장영역(B)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 +2π까지 선형 증가하는 직선 상을 따르고 있다. 이 경우, 미소분광소자(101)를 투과한 빛은, R이 제1 방향(좌)으로, G가 제2 방향(직진)으로, B가 제3 방향(우)으로 각각 효율적으로 전파될 수 있다. 한편, 상술한 설명은 일례로서, 위상지연분포에 따라서는, 파장영역와 전파방향의 조합은 자유롭게 변경 가능하다.
따라서, 여기에서는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같은 위상분포, 즉, 제2 파장영역(G)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 -2π까지 선형 감소하는 직선 상을 따르고 있고, 제3 파장영역(B)에 대응하는 파장의 위상지연분포는 공간적인 변화는 없으며, 제1 파장영역(R)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 +2π까지 선형 증가하는 직선 상을 따르고 있는, 위상지연분포를 주면, R이 우측 방향으로, G가 좌측 방향으로, B가 직진 방향으로 각각 효율적으로 전파될 수 있다.
또한, 여기에서는, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같은 위상지연분포, 즉, 제3 파장영역(B)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 -2π까지 선형 감소하는 직선 상을 따르고 있고, 제1 파장영역(R)에 대응하는 파장의 위상지연분포는 공간적인 변화는 없으며, 제2 파장영역(G)에 대응하는 파장의 위상지연분포는, x축 방향으로 미소분광소자 1개만큼의 거리에서 위상량이 0에서 +2π까지 선형 증가하는 직선 상을 따르고 있는, 위상분포를 주면, R이 직진 방향으로, G가 우측 방향으로, B가 좌측 방향으로 각각 효율적으로 전파될 수 있다.
이상과 같은 위상지연분포는, 후술하는 바와 같이 미세구조체의 재료, 수, 형상, 사이즈, 패턴 등을 적절히 설계함으로써 실현할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)는, 미세구조체를 2차원 평면 상에 배치하고, 입사광에 대하여, 파장영역에 따라서 다른 광파면을 주어, 색성분을 공간적으로 분리한다.
도 8의 (a)에 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)를 구성하는 미세구조체의 일례의 상면을 나타내고, 도 8의 (b)에 미세구조체의 측면도를 나타낸다. 미세구조체의 일례인 기둥 형상 구조체(121)는, 투명층(111)의 굴절률(n0)보다 높은 굴절률(n1)을 가지는 SiN 또는 TiO2 등의 재료로 형성되어 있고, 구조의 두께(h)를 일정하게 한다. 또한, 기둥 형상 구조체(121)의 바닥면 및 상면은 정사각형이다. 이러한 기둥 형상 구조체(121)는, 투명층(111)과 기둥 형상 구조체(121)와의 사이의 굴절률차로부터, 빛을 구조 내에 가두어 전파시키는 광도파로로 생각할 수 있다. 따라서, 상면측에서 입사한 빛은, 기둥 형상 구조체(121) 내에 강하게 가두어지면서 전파되고, 광도파로의 실효적인 굴절률(neff)에 의하여 결정되는 위상지연 효과를 받아, 바닥면측으로부터 출력된다. 구체적으로, 투명층(111)을 구조의 두께만큼의 길이를 전파한 빛의 위상을 기준으로 하였을 때, 기둥 형상 구조체(121)에 의한 위상지연량(φ)은, 빛의 진공 중에서의 파장을 λ으로 두면, 식 (1)로 나타난다.
φ＝(neff－n0)×2πｈ/λ　··· (1)
이러한 위상지연량(φ)은, 빛의 파장(λ)에 의하여 다르기 때문에, 동일한 기둥 형상 구조체(121)에 있어서, 빛을 파장영역(색성분)에 따라서 다른 위상지연량을 줄 수 있다. 더욱이, neff는 기둥 형상 구조체(121)의 폭(w)의 함수인 것이 알려져 있고, n0＜neff＜n1의 값을 취한다. 따라서, 도 8의 (a) 및 (b)에 나타내는 예에서는, 기둥 형상 구조체(121)의 폭(2)을 변화시킴으로써, 빛의 파장(λ)에 따른 위상지연량의 다채로운 조합을 설정하는 것이 가능하다. 또한, 기둥 형상 구조체(121)의 바닥면 및 상면이 정사각형이므로, 입사광의 편광(편파)방향을 변화시킨 경우에 있어서도, 위상지연 효과를 포함하는 광학특성에는 변화가 없다.
이상과 같은 기둥 형상 구조체(121)를, 도 7의 (a) 내지 (c)를 참조하여 상술한 위상지연분포에 적합하도록 위치에 따라서 기둥 형상 구조체의 폭(w)을 각각 설정하고, 2차원 평면 상에 복수 배치함으로써, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)를 실현할 수 있다. 또한, 상술한 각 기둥 형상 구조체(121)의 배치에 있어서, 주기적인 구조에 기인하는 불필요한 회절광이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 빛의 파장 이하의 간격(p)으로 복수의 기둥 형상 구조체(121)를 배치하는 것이 바람직하다. 한편, 빛을 효율적으로 편향시키는 데에는 위상지연분포가 0에서 ±2π까지 변화하는 분포가 적합하므로, 각각의 파장역에 있어서, 기둥 형상 구조체(121)에 의한 위상지연량의 가변 범위는, 2π 이상 가지고 있는 것이 바람직하다. 따라서, 식 (1)로부터, 분리하는 파장역의 가장 장파장측 파장역에 있어서의 원하는 중심파장을 λr로 하면, 구조의 두께(h)는, h=λr/(n1-n0) 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 상술한 예에서는, 기둥 형상 구조체(121)의 바닥면 및 상면이 정사각형인 경우에 대하여 설명하였는데, 이 형상으로 한정되지 않는다. 즉, 면의 중심을 대칭축으로 하여서 4회 회전대칭을 포함하는 형상면이라면, 분광기능의 편광에 대한 의존성이 발생하는 일은 없으며, 위상지연 효과를 초래하는 광도파로로서의 동작을 잃을 일도 없다. 따라서, 정사각형, 중공(中空) 정사각형, 원형, 중공 원형, 십자형상 등의 4회 회전대칭이 되는 면을 가지는 기둥 형상 구조체를 채용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)의 보다 상세한 일례를 설명한다.
도 9의 (a), (d) 및 (g)에 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)의 일례의 상면도를 나타내고, 도 9의 (b), (e) 및 (h)에 도 9의 (a), (d) 및 (g)에 대응하는 미소분광소자(101)의 일례의 측면도를 나타내며, 도 9의 (c), (f) 및 (i)에 도 9의 (a), (d) 및 (g)에 대응하는 각 미소분광소자(101)의 3개의 파장(λ1=430nm, λ2=520nm, λ3=635nm)에 대한 위상지연분포(플롯)와 이상적인 위상지연분포(선)를 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, x축 방향으로는 서로 다른 폭을 가지고 두께가 일정한 3개의 기둥 형상 구조체(배치위치에 따라서 상면 및 하면의 폭이 다른 형상의 미세구조 패턴을 가지는 기둥 형상 구조체)가 배열되며, y축 방향으로는 동일한 폭을 가지고 두께가 일정한 3개의 기둥 형상 구조체가 배열되고, 이들이 1개의 미소분광소자(101)를 구성하고 있다. 한편, 기둥 형상 구조체(121)를 구성하는 재료는, SiN(n1=2.03)이다. 또한, 기둥 형상 구조체(121)의 상방의 투명층(111)을 구성하는 재료는 SiO2(n0=1.45)이며, 기둥 형상 구조체(121) 사이의 투명층 및 기둥 형상 구조체(121)의 하방(투명층(111)과 반대측)의 투명층을 구성하는 재료는 공기(n0=1.0)이다. 굴절률이 다른 2종류의 투명층 대신에, 단일한 투명층에 기둥 형상 구조체(121)가 매립되어 있는 형태여도 좋다. 또한, 여기에서는 기둥 형상 구조체를 3개 나열한 예로 설명하는데, 복수 나열되어 있다면 3개가 아니어도 좋다.
도 9의 (a), (d), (g)의 기둥 형상 구조체(121)는, 바닥면 및 상면이 정사각형인 예를 나타내고 있다. 모든 기둥 형상 구조체(121)의 두께(h)는 1250nm, x축 및 y축 방향에 있어서의 각 구조체의 간격(p)은 400nm이다. 따라서, 1소자의 면적은 1.2μm×1.2μm가 된다. 이상의 조건에서, 이상적인 위상지연분포에 적합하도록 위치에 따라서, 3개의 기둥 형상 구조체(121-1，121-2，121-3)의 폭(w1, w2, w3)을 각각 설정함으로써, R, G, B의 빛을 각각 좌, 직진, 우로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자("RGB"(도 9의 (a)))와, R, G, B의 빛을 각각 우, 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자("GBR"(도 9의 (d)))와, R, G, B의 빛을 각각 직진, 우, 좌로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자("BRG"(도 9의 (g)))의 3종류의 미소분광소자를 실현할 수 있다. 이와 같이, 도 7의 (a), (b), (c)와 같이 위상지연분포의 위치(x)에 있어서의 값이 0이 되지 않아도, 미세구조체간의 위치관계와 파장마다의 위상지연량이 직선 형상으로 늘어서도록 폭(w1, w2, w3) 등을 각각 설계하면 좋다.
도 10의 (a), (c), (e)에 도 9의 (b), (e), (h)에 각각 대응하는 3종류의 미소분광소자(101)의 상면에서 입사한 평행광이 우(+1st), 좌(-1st), 직진(0th)으로 분리되어 전파되는 모습을 나타낸다. 또한, 도 10의 (b), (d), (f)에 도 10의 (a), (c), (e)의 미소분광소자에 있어서의 분광기능의 효율적(3방향(-1st, 0th, +1st)으로 분리하여 전파되는 효율(입사광의 광강도에 대한 각 전파방향의 광강도의 비))의 파장의존성(엄밀결합파 이론에 근거하는 계산결과)을 나타낸다. 한편, 계산시, 상술한 미소분광소자(101)가 x축 및 y축 방향에 있어서 P의 간격(P=3p)으로 늘어서 있다고 가정하였는데, 단체(單體)의 미소분광소자(101)에 있어서의 광학기능과의 차이가 거의 없다는 것을 확인하고 있다. 또한, 3방향의 각각의 편향각(θ-1st, θ0th, θ+1st)은, 빛의 회절에 근거하고 있고, 빛의 파장을 λ로 하면, 좌(-1st)에 대하여는 sinθ-1st=λ/P, 직진(0th)에 대하여는 θ0th=0, 우(+1st)에 대하여는 sinθ＋1st=λ/P로 하였다.
도 10의 (b), (d), (f)에 나타낸 특성은, 종래의 촬상소자에 있어서의 색필터의 분광특성에 상당한다. 도 10의 (b)에서 알 수 있듯이, 도 10의 (a)에 나타내는 미소분광소자(“RGB”의 소자)는, 좌(-1st) 방향에 있어서의 효율은 600nm 이상의 적색파장역에서 피크를 이루고, 직진(0th) 방향에 있어서의 효율은 500nm에서 600nm의 녹색파장역에서 피크를 이루며, 우(+1st) 방향에 있어서의 효율은 500nm 이하의 청색파장역에서 피크를 이루고 있다. 마찬가지로, 도 10의 (d)에서 알 수 있듯이, 도 10의 (c)에 나타내는 미소분광소자(“GBR”의 소자)는, 좌(-1st) 방향에 있어서의 효율은 500nm에서 600nm의 녹색파장역에서 피크를 이루고, 직진(0th) 방향에 있어서의 효율은 500nm 이하의 청색파장역에서 피크를 이루며, 우(+1st) 방향에 있어서의 효율은 600nm 이상의 적색파장역에서 피크를 이루고 있다. 또한, 도 10의 (f)에서 알 수 있듯이, 도 10의 (e)에 나타내는 미소분광소자(“BRG”의 소자)는 좌(-1st) 방향에 있어서의 효율은 500nm 이하의 청색파장역에서 피크를 이루고, 직진(0th) 방향에 있어서의 효율은 600nm 이상의 적색파장역에서 피크를 이루며, 좌(-1st) 방향에 있어서의 효율은 500nm에서 600nm의 녹색파장역에서 피크를 이루고 있다. 또한, 효율이 40에서 80%라고 하는 양호한 분광성능을 나타내고 있고, 또한 특성에 큰 편광의존성이 없다는 것을 확인하고 있다. 한편, 빛의 총투과율은 80% 이상이고, 산란이나 반사에 의한 광손실은 거의 발생하지 않는다. 이상으로부터, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자를 이용함으로써, 고효율로 색성분을 공간적으로 분리하는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 더욱이, 상술한 예에서는, 단체의 미소분광소자의 사이즈는 1.2μm×1.2μm이고, 일반적인 CMOS 센서의 최소 픽셀 사이즈와 동등하다. 따라서, 현상의 최소 클래스의 픽셀 사이즈를 가지는 화소 어레이에 대응한 미소분광소자의 형성이 가능하다. 한편, 기둥 형상 구조체(121)의 사이즈나 수, 배열 패턴에 의하여, 다른 사이즈의 미소분광소자(101)를 형성하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자(101)는, 상술한 기둥 형상 구조체(121)로 한정되지 않고, 다양한 형태의 미세구조를 이용할 수 있다. 예를 들어, 비특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같은, 계산기에 의하여 최적화된 구조 패턴을 가지는 두께가 일정한 미세구조체는, 상술한 원리와 마찬가지의 원리로 파장영역마다 위상지연분포를 형성할 수 있어, 색성분을 공간적으로 분리하는 것이 가능하다. 더욱이, 식 (1)로부터, 구조폭(w)에 더하여 구조의 두께(h)를 변화시킴으로써, 빛의 파장(λ)에 따른 위상지연량의 보다 다채로운 조합을 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 상술한 위상지연분포에 적합하도록 미세구조체가 배치되는 위치에 따라서 미세구조체의 폭(w) 및 두께(h)를 각각 설정하고, 2차원 평면 상에 복수 배치하는 것으로도, 본 실시형태에 있어서의 미소분광소자를 실현할 수 있다.
상술한 분광기능을 가지는 미소분광소자(101)는, 공지의 반도체 제조기술에 의하여, 박막퇴적 및 패터닝을 실행함으로써, 제작될 수 있다.
이상과 같이, 미소분광소자를 구성하는 구조체의 재료, 수, 형상, 사이즈, 패턴 등을 적절히 설계함으로써, 원하는 분광특성을 부여하는 것이 가능하다. 그 결과, 상술한 바와 같이, 각각의 화소에 원하는 파장영역의 빛을 분리하여 입사시키는 것이 가능해지고, 각 화소 내의 광전변환소자에서 출력되는 광전변환신호로부터, 파장영역에 대응하는 신호를 직접 취득할 수 있다. 또한, 미소분광소자를 구성하는 재료가 저손실이라면, 광손실은 거의 발생하지 않으므로, 종래 기술의 필터를 이용한 촬상소자와 비교하여, 화소 어레이에 도달하는 빛의 총량을 비약적으로 증가시킬 수 있어, 컬러 촬상의 감도를 높이는 것이 가능해진다. 한편, 각 미소분광소자의 분광성능이 상술한 이상적인 성능과 다소 다르더라도, 성능 차이의 정도에 따라서, 취득한 신호를 보정·연산하는 것에 의하여 양호한 색정보를 얻는 것이 가능하다.
한편, 미소분광소자에 의한 색성분의 분리 후에 있어서, 화소 어레이 상에서의 화소간의 광 크로스토크를 최소로 하는 데에는, 분리한 각 빛이 각 화소의 중심 근방에 입사하는 것이 바람직하다. 따라서, 미소분광소자에 의하여 편향하는 빛의 전파방향과 화소 어레이의 법선방향과의 각도를 θ, 화소 어레이의 주기를 P로 하면, 미소분광소자의 출력단과 광전변환소자와의 간격은 P/tanθ 근방인 것이 바람직하다.
이하, 본 실시형태의 촬상소자에 있어서의 미소광학소자 및 화소의 배치에 대하여 설명한다.
도 6의 (a) 및 (b)에 나타낸 일례에서는, x축 방향을 따라서 배치된 미소분광소자(101)의 행이, x축 방향으로 어긋나지 않고 y축 방향을 따라서 반복 배치되어 있고, 그 결과, y축 방향을 따라서 미소분광소자의 패턴이 연속적으로 배치되어 있다. 이 경우, x축 방향에 있어서는, 각 미소분광소자의 바로 아래에 직진(0th)하는 색성분에 대응하는 3개의 화소(광전변환소자(102))가 좌에서부터 R, G, B의 순으로 나열되고, 이러한 나열이 반복하여 배치되어 있다.
도 11의 (a) 내지 (c)는, 상술한 색성분에 대응하는 화소(광전변환소자(102))의 배치를 모식적으로 나타낸 것이다. 한편, DR은 R에 대응하는 화소를, DG는 G에 대응하는 화소를, DB는 B에 대응하는 화소를 나타낸다. 이 경우, x축 방향으로 이웃하는 3개의 화소를 1개의 컬러화소유닛으로 하면, 도 11의 (a) 중에 나타내는 컬러화소유닛(u1), 및, 컬러화소유닛(u1)에 대하여 단일 화소만큼 x축 방향으로 시프트한 컬러화소유닛(u2)은, 어느 것이나 R, G, B에 대응하는 화소를 반드시 1개씩 포함하게 된다. 즉, 컬러화소유닛을 xy평면에 있어서 단일 화소씩 시프트하면서, 컬러 정보를 취득하면, R, G 및 B의 3색의 정보를 거의 화소수만큼 얻을 수 있다. 이것은, 촬상소자의 해상도를 화소수 정도까지 높일 수 있다는 것을 의미하고 있다. 따라서, 본 실시형태의 촬상소자(12)는, 고감도인 것과 더불어, 단일 화소 사이즈의 고해상도로 컬러 정보를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같은 단일 화소 사이즈의 해상도를 실현하는 미소광학소자 및 화소의 배치는, 도 11의 (a)로 한정되지 않고, 다양하게 변경할 수 있다. 도 11의 (b) 및 도 11의 (c)는 다른 예를 나타내고 있고, x축 방향을 따라서 구성되는 미소분광소자(101) 및 컬러화소유닛의 행이, 도 11의 (b)에서는 1화소 사이즈만큼, 도 11의 (c)에서는 2화소 사이즈만큼, x축 방향으로 시프트하면서, 순차 y축 방향으로 배치되어 있다. 이와 같은 배치에 대하여도, 도 11의 (a)와 마찬가지로 단일 화소 사이즈의 해상도로 컬러 정보를 생성할 수 있다.
도 12의 (a) 내지 (c)는, 도 11의 (a) 내지 (c)와는 다른 배치의 예를 나타내고 있고, 행마다 R에 대응하는 화소(DR), G에 대응하는 화소(DG), B에 대응하는 화소(DB)의 순서가 좌우 반전되는 구성이며, x축 방향으로 시프트하는 것에 대하여는 상술한 도 11의 (a) 내지 (c)와 각각 마찬가지이다. 이 경우에 대하여도, 도 11의 (a)와 마찬가지로 단일 화소 사이즈의 해상도로 컬러 정보를 생성할 수 있다. 한편, 화소(DR), 화소(DG), 화소(DB) 순서의 좌우 반전을 행하기 위하여는, 상술한 미소분광소자(101)의 기둥 형상 구조체(121)의 패턴을, 좌우 반전시킨 패턴을 이용하면 좋다. 또한, 화소유닛의 기준이 되는 순서를 BRG로 하고, 도 12의 (a) 내지 (c)와 마찬가지로 행마다 3개의 화소(DB, DR, DG)의 순서가 좌우 반전 및 x축 방향으로 시프트하는 구성에서도 마찬가지의 컬러 정보를 생성하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 화소유닛의 기준이 되는 순서를 GBR로 하고, 도 12의 (a) 내지 (c)와 마찬가지로 행마다 3화소의 순서가 좌우 반전 및 x축 방향으로 시프트하는 구성에서도 마찬가지의 컬러 정보를 생성하는 것이 가능하다.
(제2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 촬상소자의 구성의 개략에 대하여 설명한다.
도 13에, 촬상소자(12)의 예로서, 본 실시형태의 발명의 촬상소자(700)의 단면에 있어서의 단면에 있어서의 개략의 일부를 나타낸다. 도 13으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시형태의 촬상소자(700)는, 제1 실시형태의 촬상소자(600)(도 6의 (b))와 비교하여, 색성분에 대응한 화소(광전변환소자(102))의 상방에, 각 색성분에 각각 대응한 색필터(104)를 배치하고 있는 점이 다르다. 한편, 그 밖의 구성요소는 동일하다. 이하, 제1 실시형태의 촬상소자(600)와의 차이점을 중심으로 설명하고, 중복되는 점은 설명을 생략한다.
도 13에 나타나 있는 바와 같이, 입사광이 미소분광소자(101)에 의하여 색 분리된 후에, 화소 바로 위에 있어서 색필터(104)에 의하여 필터링된다. 이 경우, 색 분리 후에 빛이 색필터(104)를 투과하므로 광손실이 적어, 종래 기술의 색필터만인 구성에 비하여, 광이용 효율이 향상되는 한편, 2개의 소자(미소분광소자(101) 및 색필터(104))를 투과할 필요가 있으므로, 제1 실시형태의 촬상소자(600)에 비하여, 광이용 효율은 감소한다. 또한, 입사광에 대하여, 미소분광소자(101)의 분광 특성과 색필터(104)의 필터링 특성이 곱해진 투과 특성이 반영되므로, 각 화소에 도달하는 빛은 불필요한 색성분이 보다 배제된 상태이다. 따라서, 색필터만인 구성의 컬러촬상소자(100)(도 1) 및 제1 실시형태의 촬상소자(600)에 비하여, 색재현성이 크게 향상된다. 즉, 광이용률과 색재현성의 밸런스가 좋은 구성이라고 할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시형태에 따른 촬상소자(700)의 구성에 있어서, 컬러 정보를 고감도로 취득할 수 있다. 더욱이, 색필터(104)와의 병용에 따른 필터링 효과에 의하여, 색재현성이 향상되는 등의 이점을 가진다. 본 실시형태는, 상기한 것 이외에는 제1 실시형태와 마찬가지이고, 제1 실시형태에서 설명한 것과 마찬가지의 효과를 가지며, 또한 마찬가지의 변경이 가능하다.
상술한 다양한 실시형태 및 그 변형예는 본 발명의 적합한 구체예에 불과하고, 본 발명은 이것으로 한정되지 않으며, 다양한 변경이 가능하다.
상술한 실시형태에서는, 미소분광소자(101)의 재료로서 SiN이나 TiO2를 상정한 예를 나타내었는데, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 촬상소자(12)를 빛의 파장이 380~1000nm 범위의 가시광~근적외광 영역에서 이용하는 경우에는, 미소분광소자(101)의 재료에는, 굴절률이 높고, 흡수손실이 적은 SiN, SiC, TiO2, GaN 등의 재료가 적합하다. 또한, 파장이 800~1000nm 범위의 근적외광에 대하여는, 이러한 빛에 대하여 저손실 재료로서, Si，SiC, SiN, TiO2, GaAs, GaN 등의 재료가 적합하다. 더욱이, 장파장대의 근적외 영역(통신파장인 1.3μm이나 1.55μm 등)에서는, 상술한 재료에 더하여, InP 등을 이용할 수 있다. 더욱이, 접착, 도포하여 미소분광소자(101)를 형성하는 경우, 불소화폴리이미드 등의 폴리이미드, BCB(벤조시클로부텐), 광경화성수지, UV에폭시수지, PMMA 등의 아크릴수지, 레지스트 전반 등의 폴리머 등을 재료로 들 수 있다.
마찬가지로, 상술한 다양한 실시형태 및 그 변형예에서는, 투명층(111)의 재료로서 SiO2 및 공기를 상정한 예를 나타내었는데, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 일반적인 글라스 재료, SiO2, 공기 등, 굴절률이 미소분광소자(101)의 재료의 굴절률보다 낮고, 입사광의 파장에 대하여 저손실인 것이라면 어떤 것이어도 좋다. 또한, 투명층은, 복수의 재료로 이루어지는 적층구조를 가져도 좋다.
상술한 다양한 실시형태 및 그 변형예에서는, 미소분광소자(101)가 대응하는 3개의 파장역의 빛으로서, 적, 녹, 청의 3원색의 빛인 경우를 설명하였는데, 3개의 파장역 중 적어도 1개가 3원색 이외의 파장의 빛(예를 들어, 적외광이나 자외광)이어도 좋다. 예를 들어, 적, 녹의 2원색에 대응하는 미소분광소자(101)를 구성하는 경우에는, 도 10의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명한 3종류의 미소분광소자(101)의 기둥 형상 구조체의 미세구조 패턴을 설계 변경하여 작성한 2종류의 미소분광소자를 이용하면 좋다. 예를 들어, 2종류의 미소분광소자는, R, G의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자를, 및 G，R의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자를 이용하면 좋다. 이때, 이들 소자의 하방에는, 적에 대응하는 화소(DR) 및 녹에 대응하는 화소(DG)의 2개의 화소가, x축 방향으로 이웃하는 1개의 컬러화소유닛으로서 2차원 어레이 형상으로 배열된다. 마찬가지로, 2종류의 미소분광소자는, G, B의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자, 및 B，G의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자의 2종류의 미소분광소자를 이용하여도 좋다. 이때, 이들 소자의 하방에는, 녹에 대응하는 화소(DG) 및 청에 대응하는 화소(DB)의 2개의 화소가, x축 방향으로 이웃하는 1개의 컬러화소유닛으로서 2차원 어레이 형상으로 배열된다. 또는, 2종류의 미소분광소자는, B, R의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자, 및 R，B의 빛을 각각 좌, 직진으로 분리시키는 분광기능을 가지는 소자의 2종류의 미소분광소자를 이용하여도 좋다. 이때, 이들 소자의 하방에는, 청에 대응하는 화소(DB) 및 적에 대응하는 화소(DR)의 2개의 화소가, x축 방향으로 이웃하는 1개의 컬러화소유닛으로서 2차원 어레이 형상으로 배열되어도 좋다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시형태에 근거하여 설명하였는데, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되지 않으며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 말할 것도 없다.
1: 물체
10: 촬상장치
11: 렌즈 광학계
12: 촬상소자
13: 신호처리부
100: 컬러촬상소자
102: 광전변환소자
103: 마이크로 렌즈
104: 색필터
111: 투명층
112: 전기배선

Claims (9)

  1. 기판 상에 광전변환소자를 포함하는 복수의 화소가 어레이 형상으로 배열된 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이 상에 형성된 투명층과,
    상기 투명층의 내부 또는 상이며, 상기 복수의 화소의 각각에 대응하는 위치에, 복수의 분광소자가 어레이 형상으로 배열된 분광소자 어레이를 구비한 촬상소자로서,
    상기 분광소자의 각각은, 상기 투명층의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 재료로 형성된 복수의 미세구조체를 포함하고, 상기 복수의 미세구조체는, 미세구조체 패턴을 가지며, 상기 분광소자의 각각은, 입사한 빛을, 파장에 따라서 전파방향이 다른 편향광으로 분리하여 출사하는 촬상소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분광소자 어레이의 제1 방향을 따라서 인접하는 N개(N≥2)의 분광소자의 세트가 상기 제1 방향을 따라서 반복하여 배열되고, 상기 인접하는 N개의 분광소자의 세트에 있어서 상기 미세구조체 패턴이 서로 다른 촬상소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 분광소자의 각각에 있어서의 상기 복수의 미세구조체는, 빛이 투과되는 방향의 두께가 일정한 촬상소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 분광소자의 각각에 있어서의 상기 복수의 미세구조체는, 빛이 투과되는 방향의 두께가 위치에 따라서 다른 촬상소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리하여 출사되는 상기 편향광은, 상기 복수의 분광소자 중 인접하는 제1 화소, 제2 화소 및 제3 화소에 입사하고,
    상기 입사한 빛이 백색광인 경우,
    상기 제1 화소에 입사하는 빛은, 파장 500nm 이하의 청색 파장역에서 광강도의 피크를 가지며,
    상기 제2 화소에 입사하는 빛은, 파장 500nm~600nm의 녹색 파장역에서 광강도의 피크를 가지고,
    상기 제3 화소에 입사하는 빛은, 파장 600nm 이상의 적색 파장역에서 광강도의 피크를 가지는 촬상소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    N은 3이고, 상기 미세구조체는 기둥 형상 구조체이며, 3개의 분광소자의 세트에 있어서의 서로 다른 상기 미세구조체 패턴은,
    상기 3개의 분광소자의 배열방향으로, 폭이 1번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 2번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 3번째로 넓은 기둥 형상 구조체의 순으로 배열된 제1 미세구조체 패턴과,
    상기 3개의 분광소자의 배열방향으로, 폭이 3번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 2번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 1번째로 넓은 기둥 형상 구조체의 순으로 배열된 제2 미세구조체 패턴과,
    상기 3개의 분광소자의 배열방향으로, 폭이 2번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 1번째로 넓은 기둥 형상 구조체, 폭이 3번째로 넓은 기둥 형상 구조체의 순으로 배열된 제3 미세구조체 패턴을 포함하는 촬상소자.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 화소 어레이와 상기 분광소자 어레이의 사이에, 적어도 1종류의 필터가 어레이 형상으로 배열된 필터 어레이를 구비한 촬상소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필터 어레이는, 상기 분광소자보다 상기 화소 어레이에 가까운 촬상소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 촬상소자와,
    상기 촬상소자의 촬상면에 광학상을 형성하기 위한 촬상광학계와,
    상기 촬상소자가 출력하는 전기신호를 처리하는 신호처리부를 구비한 촬상장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220417474A1 (en) * 2021-06-28 2022-12-29 Qualcomm Incorporated Macroscopic refracting lens image sensor
WO2023013307A1 (ja) * 2021-08-06 2023-02-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3742775B2 (ja) * 2002-02-21 2006-02-08 富士フイルムマイクロデバイス株式会社 固体撮像素子
JP2007109801A (ja) * 2005-10-12 2007-04-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 固体撮像装置とその製造方法
CN101548381B (zh) * 2007-08-06 2011-03-30 松下电器产业株式会社 摄像用光检测装置
US8294076B2 (en) * 2008-08-05 2012-10-23 Panasonic Corporation Imaging device with columnar or plate-like transparent refractive index layers
TWI397175B (zh) * 2009-02-09 2013-05-21 Sony Corp 固體攝像裝置、攝相機、電子機器、及固體攝像裝置之製造方法
KR101776955B1 (ko) * 2009-02-10 2017-09-08 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
US20110164156A1 (en) * 2009-07-24 2011-07-07 Masao Hiramoto Image pickup device and solid-state image pickup element
JP2012015424A (ja) * 2010-07-02 2012-01-19 Panasonic Corp 固体撮像装置
JP5760811B2 (ja) * 2011-07-28 2015-08-12 ソニー株式会社 固体撮像素子および撮像システム
WO2014061173A1 (ja) * 2012-10-18 2014-04-24 パナソニック株式会社 固体撮像素子
JP2014138142A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Panasonic Corp 固体撮像素子および撮像装置
US9905605B2 (en) * 2015-10-15 2018-02-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Phase detection autofocus techniques
JP6987529B2 (ja) * 2017-05-15 2022-01-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、電子機器、及び、撮像モジュール
JP6976341B2 (ja) * 2017-09-11 2021-12-08 富士フイルム株式会社 近赤外線吸収有機顔料、樹脂組成物、近赤外線吸収有機顔料の製造方法、近赤外線吸収有機顔料の分光調整方法、膜、積層体、近赤外線カットフィルタ、近赤外線透過フィルタ、固体撮像素子、画像表示装置および赤外線センサ
KR102424652B1 (ko) * 2017-11-17 2022-07-25 삼성전자주식회사 이미지 센서
WO2019124562A1 (ja) * 2017-12-22 2019-06-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌 1: Seiji Nishiwaki, Tatsuya Nakamura, Masao Hiramoto, Toshiya Fujii and Masa-aki Suzuki, "Efficient colour splitters for high-pixel-density image sensors," Nature Photonics, Vol. 7, March 2013, pp.240-246
비특허문헌 2: Masashi Miyata, Mitsumasa Nakajima, Toshikazu Hashimoto, "High-Sensitivity Color Imaging Using Pixel-Scale Color Splitters Based on Dielectric Metasurfaces," ACS Photonics, March 2019, pp1442-1450
비특허문헌 3: David Sell, Jianji Yang, Sage Doshay, Jonathan A. Fan, "Periodic Dielectric Metasurfaces with High-Efficiency, Multiwavelength Functionalities," Advanced Optical Materials, Vol.5, 2017, 1700645

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