WO2025258002A1 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

撮像素子および撮像装置

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WO2025258002A1
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wavelength
light
polarization
axis
array
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English (en)
French (fr)
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将司 宮田
俊和 橋本
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NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • polarized color imaging devices that make it possible to acquire polarized color images, which are images that contain polarization information in addition to color information.
  • Conventional polarized color imaging devices acquire polarization and color information of the subject by stacking microlenses, light-absorbing polarizing filters, and color filters on the pixels.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a part of a cross section of a pixel array and a polarization wavelength separation array of an image sensor according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a plane of a polarization wavelength separation lens in a polarization wavelength separation lens array of an image sensor according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of the polarization separation and wavelength separation characteristics of the polarization wavelength separation lens of the image sensor according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a microstructure constituting the polarized light wavelength separation lens according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the calculation results of the phase delay characteristics of the microstructures shown in FIGS.
  • FIG. 14 is a diagram showing the calculation results of the phase delay characteristics of a microstructure obtained by rotating the axis of symmetry of the microstructures shown in FIGS. 8 and 9 by 45°.
  • FIG. 15 is a diagram showing the calculation results of the phase delay characteristics of a microstructure obtained by rotating the axis of symmetry of the microstructure shown in FIGS. 10 and 11 by 45°.
  • FIG. 16 is a plan view schematically showing another example of the polarization wavelength separation lens according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section taken along line XVII-XVII shown in FIG. FIG.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a light intensity distribution on a pixel array when light having different polarization states and combinations of wavelengths is incident perpendicularly on the image sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a light intensity distribution on a pixel array when light having different polarization states and combinations of wavelengths is incident perpendicularly on the image sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 25 is a diagram showing another example of the top surface shape of the microstructure in the polarization wavelength separation lens according to the first embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section of another configuration example of the imaging element according to the first embodiment.
  • FIG. 33 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section taken along line XXXIII-XXXIII shown in FIG. 32.
  • FIG. 34 is a diagram for explaining the angle of incidence of light incident on the imaging element shown in FIGS. 32 and 33.
  • FIG. 35 is a plan view schematically illustrating another example of the imaging element according to the first embodiment.
  • 36 is a diagram schematically showing a part of a cross section taken along line XXXVI-XXXVI shown in FIG. 35.
  • FIG. 37 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section of an imaging element according to the second embodiment.
  • FIG. 38 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section of an imaging element according to the third embodiment.
  • FIG. 39 is a diagram schematically illustrating a part of a cross section of an imaging element according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the imaging device 1 includes a lens optical system 2, an imaging element 3, and a signal processing unit 4.
  • the signal processing unit 4 processes the electrical signal output from the imaging element 3 to generate an image signal.
  • the lens optical system 2 is an example of an imaging optical system, and forms an optical image on the imaging surface of the imaging element 3.
  • light such as natural light or illumination light
  • the lens optical system 2 When light such as natural light or illumination light is irradiated onto an object, the light reflected, scattered, or transmitted by the object, or the light emitted from the object, is used by the lens optical system 2 to form an optical image on the imaging surface of the imaging element 3.
  • the lens optical system 2 is composed of a lens group consisting of multiple lenses lined up along the optical axis to correct various optical aberrations, but in Figure 1 it is shown as a single lens for simplicity.
  • the image sensor 3 is an image sensor that uses a metasurface, and outputs an electrical signal containing information for each pixel corresponding to the polarization direction and wavelength component based on the light incident on the imaging surface by the lens optical system 2.
  • the signal processing unit 4 processes the electrical signal output from the image sensor 3 to generate an image signal, and outputs the generated image signal to the outside.
  • the image signal is, for example, a polarized color image signal that includes polarization information and wavelength information.
  • the polarized color image signal is an image signal for each combination of the polarization direction and wavelength component to be separated, but is not limited to this example.
  • the imaging device 1 may include well-known components such as an infrared-blocking optical filter, an electronic shutter, a viewfinder, a power source (battery), and a flashlight, but a description of these is omitted as they are not particularly necessary for understanding the present invention. Furthermore, the above configuration is merely an example, and in embodiments, well-known elements can be used in appropriate combinations as components other than the lens optical system 2, the imaging element 3, and the signal processing unit 4.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a part of a cross section of the pixel array and the polarization wavelength separation array of the image sensor 3 according to the embodiment.
  • the image sensor 3 has a transparent substrate 10, a polarized wavelength separation lens array 20, a transparent layer 30, and a pixel array 40.
  • the transparent layer 30, the polarized wavelength separation lens array 20, and the transparent substrate 10 are stacked in this order on the pixel array 40.
  • the polarized wavelength separation lens array 20 is an example of a spectroscopic element array.
  • Figure 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 3, which will be described later.
  • the transparent substrate 10 is, for example, a low-refractive-index transparent substrate made of a material such as SiO2 , but is not limited to this example.
  • the polarized wavelength separation lens array 20 includes a plurality of polarized wavelength separation lenses 21 arranged in a two-dimensional array on the bottom surface of the transparent substrate 10.
  • Fig. 2 shows a portion of one of the plurality of polarized wavelength separation lenses 21.
  • the polarized wavelength separation lens 21 is an example of a spectroscopic element.
  • Each polarized wavelength separation lens 21 has a periodic arrangement of multiple microstructures that separate incident light according to its polarization direction and wavelength components, and focus the incident light at different positions on the pixel array 40 according to the polarization direction and wavelength components of the incident light. This allows the polarized wavelength separation lens 21 to focus light from the object to be imaged O as incident light at different pixels on the pixel array 40 according to its polarization direction and wavelength components.
  • the transparent layer 30 is an air layer or a layer made of SiO2 , but is not limited to these examples.
  • the transparent layer 30 may be made of any material as long as it has a lower refractive index than the material of the polarized wavelength separation lens 21 and has low loss with respect to the wavelength of the incident light, and may be made of a material such as glass, or may be a transparent layer having a layered structure made of multiple materials. Note that in FIG. 2, an air layer is shown as the transparent layer 30.
  • the pixel array 40 has a plurality of pixels 41, each containing a photoelectric conversion element arranged in a two-dimensional array, and a wiring layer 42 that transmits electrical signals generated by each pixel 41 to the signal processing unit 4 and transmits control signals to each pixel 41 to control the operation of the pixels 41.
  • an xyz Cartesian coordinate system is set in several drawings, including Figure 2.
  • the direction perpendicular to the pixel array surface of the pixel array 40 is the z-axis
  • the array direction of the four pixels 41 shown in Figure 2 is the x-axis
  • the direction perpendicular to the x-axis is the y-axis.
  • the pixel array surface is the xy plane, which is the two-dimensional array direction of the pixels 41 in the pixel array 40.
  • an angle ⁇ is set with respect to the x-axis on the xy plane, which is parallel to the pixel array surface of the pixel array 40.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a plane of a polarization wavelength separation lens 21 in a polarization wavelength separation lens array 20 of an image sensor 3 according to an embodiment. While one polarization wavelength separation lens 21 is shown in FIG. 3, in the polarization wavelength separation lens array 20, multiple polarization wavelength separation lenses 21 are arranged in a two-dimensional array in the x and y directions.
  • the polarization wavelength separation lens 21 has a periodic arrangement of a plurality of microstructures 211.
  • the plurality of microstructures 211 separate the incident light according to the polarization direction and wavelength components, and focus the incident light at different positions on the pixel array 40 according to the polarization direction and wavelength components of the incident light.
  • the microstructures 211 are formed from a material such as SiN or TiO2 that has a refractive index higher than that of the transparent layer 30.
  • the period P in the periodic arrangement of the microstructures 211 is shorter than the wavelength of the transmitted light, thereby suppressing unnecessary diffracted light.
  • the microstructures 211 in the polarized wavelength separation lens 21 shown in FIG. 3 have an axis of linear symmetry and an incident surface, onto which incident light is incident, that has a shape with a different length in the direction of the axis of linear symmetry and in the direction perpendicular to the axis of linear symmetry.
  • each microstructure 211 has an axis of linear symmetry that is parallel to the x-axis or y-axis, or parallel to an axis tilted 45° from the x-axis or y-axis.
  • the polarized wavelength separation lens 21 includes microstructures 211 that have an axis of linear symmetry that is parallel to the x-axis or y-axis, and microstructures 211 that have an axis of linear symmetry that is parallel to an axis tilted 45° from the x-axis or y-axis.
  • the shape of the incident surface is, for example, a rectangle with a longitudinal direction and a lateral direction, a cross with a longitudinal direction and a lateral direction, or an ellipse with a longitudinal direction and a lateral direction, and has a shape with a different length in the direction of the axis of linear symmetry and in the direction perpendicular to the axis of linear symmetry.
  • the axis of linear symmetry and the structure of the microstructure 211 are modulated depending on the position on the polarized wavelength separation lens 21, which allows the polarized wavelength separation lens 21 to more appropriately focus incident light onto pixels 41 at different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength components of the incident light.
  • the structure of the microstructure 211 is modulated by modulating the area of the top surface of the microstructure 211 onto which incident light is incident, the shape of the microstructure 211, the volume of the microstructure 211, etc.
  • the structure of the microstructure 211 is modulated so that the phase delay characteristics of the microstructure 211 are modulated.
  • the structure of all of the multiple microstructures 211 is modulated, but this is not limited to this example, and the structure may be modulated only for some of the multiple microstructures 211.
  • multiple microstructures 211 are arranged in both the x and y directions, and the axis of linear symmetry of a microstructure 211 differs by 45° from the axis of linear symmetry of adjacent microstructures 211 in the x and y directions, which are the arrangement directions of the periodic array. This allows the polarized wavelength separation lens 21 to vary the polarization direction in small incident area units, and to more appropriately focus incident light on pixels 41 at different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength components of the incident light.
  • the polarization directions separated by the polarized wavelength separation lens 21 may be, for example, four or more, and the wavelength components separated by the polarized wavelength separation lens 21 may be, for example, two or more, but are not limited to these examples.
  • the wavelength components separated by the polarized wavelength separation lens 21 are, for example, red (R) wavelength components, green (G) wavelength components, blue (B) wavelength components, and near-infrared light (N) wavelength components.
  • Figure 4 is a diagram showing an example of the polarization separation and wavelength separation characteristics of the polarization wavelength separation lens 21 of the image sensor 3 according to the embodiment.
  • incident light which has been spatially separated into four wavelength components in each of the four polarization directions by the polarized wavelength separation lens 21, is received by 16 pixels 41.
  • the pixel array 40 is formed with 16 pixels 41 as a unit structure for each polarized wavelength separation lens 21.
  • R indicates that the wavelength component is red (R)
  • G indicates that the wavelength component is green (G)
  • B indicates that the wavelength component is blue (B)
  • N indicates that the wavelength component is near-infrared light (N).
  • the polarization direction and wavelength components separated by the polarized wavelength separation lens 21 are not limited to the example shown in FIG. 4, and the polarization direction and wavelength components separated can be changed as desired depending on the configuration of the polarized wavelength separation lens 21. Furthermore, the arrangement, shape, and size of the pixels 41 are not limited to the example shown in FIG. 4.
  • the image sensor 3 has a polarized wavelength separation lens 21 in which dispersive elements, each having a periodic arrangement of microstructures 211 that focus incident light to different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength components of the incident light, are arranged in a two-dimensional array.
  • the period P of the periodic arrangement of the microstructures 211 is shorter than the wavelength of the transmitted light.
  • microstructures 211 have a surface on which the incident light is incident, which has an axis of linear symmetry and a shape whose length varies in the direction of the axis of linear symmetry and in the direction perpendicular to the axis of linear symmetry, and the axis of linear symmetry and structure are modulated depending on the position on the polarized wavelength separation lens 21. This allows the image sensor 3 to separate the polarization direction and wavelength of incident light without using color filters or polarizing filters, thereby reducing the number of parts and contributing to lower costs.
  • the image sensor 3 does not use color filters or polarizing filters, it is possible to maximize light utilization efficiency and improve imaging sensitivity compared to conventional image sensors that use color filters and polarizing filters. Furthermore, because the above functions can be achieved using only a single layer of microstructure elements that can be easily fabricated, it is possible to provide an image sensor 3 with superior productivity compared to conventional technology.
  • the imaging device 1 according to the first embodiment has a lens optical system 2, an imaging element 3, and a signal processing unit 4.
  • the imaging element 3 according to the first embodiment also has a transparent substrate 10, a polarization wavelength separation lens array 20, a transparent layer 30, and a pixel array 40, similar to the configuration shown in FIG.
  • the incident light that enters the image sensor 3 is separated into its polarization direction and wavelength components by the polarizing wavelength separation lens 21, and as described above, the separated light is focused at different positions on the pixel array 40 depending on the combination of polarization direction and wavelength components.
  • each unit structure outputs 16 electrical signals corresponding to different combinations of polarization direction and wavelength components.
  • the signal processing unit 4 performs image processing such as demosaic processing, color correction processing based on matrix operations, and polarization correction processing based on matrix operations on the 16 electrical signals for each unit structure output from the pixel array 40, to generate a polarized color image according to the polarization direction and wavelength components, and outputs a signal of the generated polarized color image.
  • image processing such as demosaic processing, color correction processing based on matrix operations, and polarization correction processing based on matrix operations on the 16 electrical signals for each unit structure output from the pixel array 40, to generate a polarized color image according to the polarization direction and wavelength components, and outputs a signal of the generated polarized color image.
  • a polarized color image is, for example, an image obtained by multiplying the number of polarization directions to be separated by the number of wavelength components to be separated, and is an image for each combination of polarization direction and wavelength component to be separated, but is not limited to this example.
  • the above-mentioned unit structures form an array on a two-dimensional plane, so the signal processing unit 4 can obtain two-dimensional spatial information about the polarization component information and wavelength component information of the object imaged on the image sensor 3.
  • the polarization wavelength separation lens 21 includes a periodic arrangement of a plurality of microstructures 211.
  • Each microstructure 211 is a structure formed of a plurality of or a single columnar shape, but may also be a structure composed of a plurality of or a single hole shape, or a structure composed of a columnar shape and a hole shape.
  • the spacing between the microstructures 211 is shorter than the wavelength of the light to be received, i.e., shorter than the wavelength of the light that is the target for receiving in the pixel array 40.
  • the spacing between the microstructures 211 is set to less than ⁇ min /n 0 , where n 0 is the refractive index of the transparent layer on the transmission side.
  • the spacing between the microstructures 211 is the above-mentioned array period P, and this array period P is defined as P ⁇ min /n 0 .
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of the microstructures 211 that form the polarization wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • Figures 6 and 7 are side views of the microstructures 211 that form the polarization wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • the microstructures 211 shown in Figures 5 to 7 are structures formed in a columnar shape.
  • the polarization wavelength separation lens 21 is configured by arranging a plurality of columnar microstructures 211 as shown in Figures 5 to 7.
  • Each microstructure 211 is formed from a material having a refractive index n1 that is higher than the refractive index n0 of the material surrounding the structure or the space, and the thickness of the structure, i.e., the length h in the z-axis direction, is constant.
  • the top and bottom surfaces of the microstructure 211 are rectangular with a width w1 in the x-axis direction and a width w2 in the y-axis direction.
  • the microstructure 211 functions as an optical waveguide that confines and propagates light within the structure due to the difference in refractive index between the structure and the material or space surrounding it.
  • the microstructure 211 e.g., the top surface
  • the light incident on the microstructure 211 propagates while being tightly confined within the structure.
  • the light incident on the microstructure 211 propagates while being subjected to a phase delay effect determined by the effective refractive index n eff of the optical waveguide, and is finally output from the other side of the structure (e.g., the bottom surface).
  • the amount of phase delay ⁇ caused by the microstructure 211 is expressed by Equation (1), where ⁇ is the wavelength of light in a vacuum.
  • the phase delay amount ⁇ by the microstructure 211 varies depending on the wavelength ⁇ of light, and therefore, it is possible to impart different phase delay amounts to light depending on the wavelength region in the same microstructure 211.
  • the refractive index n eff also varies depending on the wavelength ⁇ of light, and the degree of the refractive index n eff is largely dependent on the dimensions of the top surface shape of the microstructure 211. Therefore, by using microstructures 211 with various top surface shapes, it is possible to set various combinations of phase delay amounts ⁇ according to the wavelength ⁇ of light.
  • the refractive index n eff is a function of the structural dimensions, and it is known that strong polarization dependency occurs depending on the structural shape.
  • the structural cross section is made to be rectangular as shown in Figures 6 and 7, different refractive indices n eff can be independently given to orthogonal incident polarized light.
  • phase delay amount of the microstructure 211 for the polarization component in the horizontal direction (x-axis direction) in Fig. 5 is denoted by ⁇ h
  • phase delay amount of the microstructure 211 for the polarization component in the vertical direction (y-axis direction) in Fig. 5 is denoted by ⁇ v
  • effective refractive index of the microstructure 211 for the polarization component in the horizontal direction (x-axis direction) is denoted by neffh
  • neffv effective refractive index of the microstructure 211 for the polarization component in the vertical direction (y-axis direction
  • the refractive indexes neffh and neffv can be controlled by the combination of the width w1 and the width w2 , and take the values n0 ⁇ neffh ⁇ n1 and n0 ⁇ neffv ⁇ n1 , respectively.
  • the phase delay amounts ⁇ h and ⁇ v can be arbitrarily controlled by the combination of the width w 1 and the width w 2. That is, in the examples shown in Figures 5 to 7, by designing the width w 1 and the width w 2 of the microstructure 211, it is possible to arbitrarily set the phase delay amounts ⁇ h and ⁇ v for each polarization direction.
  • the axis of linear symmetry of the upper surface of the microstructure 211 is an axis parallel to the x-axis or an axis parallel to the y-axis.
  • the imaging element 3 can impart an arbitrary phase delay spatial distribution to each polarization direction by using the polarization wavelength separation lens 21 in which a plurality of microstructures 211 having appropriate widths w1 and w2 and axis of symmetry depending on the position on the x-axis and y-axis plane are arranged.
  • a plurality of microstructures 211 having appropriate widths w1 and w2 and axis of symmetry depending on the position on the x-axis and y-axis plane are arranged.
  • arbitrary wavefront control can be performed for each polarization direction.
  • phase delay amounts ⁇ h and ⁇ v are also functions of the wavelength ⁇ of the light, by combining the phase modulation function according to the polarization direction and the phase modulation function according to the wavelength, it is possible to realize a polarized wavelength separation lens 21 that has different focusing positions depending on the polarization direction and wavelength region of the light.
  • Figure 8 is a diagram showing an example of a side view of the microstructure 211 that constitutes the polarized wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • Figure 9 is a view taken along arrow C in Figure 8.
  • the microstructure 211 is formed on the bottom surface of the transparent substrate 10.
  • the upper surface which is the incident surface, is formed in a rectangular shape, and the axis of linear symmetry of the upper surface of the microstructure 211 is, for example, an axis parallel to the x-axis or y-axis.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of a side view of the microstructure 211 constituting the polarized wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • FIG. 11 is a view taken along arrow C in FIG. 10.
  • the microstructure 211 is formed on the bottom surface of the transparent substrate 10.
  • the shape of the upper surface, which is the incident surface is formed in a cross shape, and the axis of linear symmetry of the upper surface of the microstructure 211 is, for example, an axis parallel to the x-axis or an axis parallel to the y-axis.
  • Fig. 12 is a diagram showing calculation results of the phase delay characteristics of the microstructure 211 shown in Fig. 8 and Fig. 9.
  • Fig. 13 is a diagram showing calculation results of the phase delay characteristics of the microstructure 211 shown in Fig. 10 and Fig. 11.
  • a heat map in which the value of the phase delay amount for each combination of the width w1 in the x-axis direction and the width w2 in the y-axis direction of the microstructure 211 shown in Fig. 8 and Fig. 9 is expressed by a shade of gray is shown as a calculation result of the phase delay characteristic.
  • a heat map in which the value of the phase delay amount for each combination of the width w1 in the x-axis direction and the width w2 in the y-axis direction of the microstructure 211 shown in Fig. 10 and Fig. 11 is expressed by a shade of gray is shown as a calculation result of the phase delay characteristic.
  • phase delay amount ⁇ h and the phase delay amount ⁇ v can be realized by combining the widths w 1 and w 2 and the top surface shape of the microstructure 211. Furthermore, as shown in Fig. 12 and 13, it can be seen that in the microstructure 211, the phase delay amount ⁇ h and the phase delay amount ⁇ v have large wavelength dependency.
  • Figure 14 shows the calculation results of the phase delay characteristics of the microstructure 211 in which the axis of symmetry of the microstructure 211 shown in Figures 8 and 9 has been rotated by 45°.
  • Figure 15 shows the calculation results of the phase delay characteristics of the microstructure 211 in which the axis of symmetry of the microstructure 211 shown in Figures 10 and 11 has been rotated by 45°.
  • phase delay amount ⁇ h and the phase delay amount ⁇ v can be realized by combining the widths w 1 and w 2 and the top surface shape of the microstructure 211. Furthermore, as shown in Fig. 14 and 15, it can be seen that in the microstructure 211, the phase delay amount ⁇ h and the phase delay amount ⁇ v have large wavelength dependency.
  • FIG. 16 is a plan view schematically showing another example of a polarized wavelength separation lens 21 according to embodiment 1
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a portion of a cross section taken along line XVII-XVII shown in FIG. 16.
  • FIGS. 18 to 20 are diagrams showing examples of the phase delay spatial distribution achieved by the polarization wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • FIG. 18 shows an example of the phase delay spatial distribution when 450 nm light is incident
  • FIG. 19 shows an example of the phase delay spatial distribution when 540 nm light is incident
  • FIG. 20 shows an example of the phase delay spatial distribution when 640 nm light is incident.
  • a polarized wavelength separation lens 21 can be realized by forming different spatial phase delay distributions depending on the wavelength component and polarization direction. Note that similar designs can also be applied to other numbers of wavelength divisions and other numbers of polarization directions.
  • Parameters used in the design include, for example, pixel size, focal length, polarization direction to be separated, and center wavelength of each wavelength region to be separated.
  • the pixel size is 1.05 ⁇ m x 1.05 ⁇ m
  • the focal length is 5.5 ⁇ m
  • the center wavelengths of each wavelength region to be separated are, for example, 450 nm, 540 nm, and 640 nm, but are not limited to these examples.
  • the focal length is, for example, the distance in the z-axis direction between the polarization wavelength separation lens 21 and the pixel 41.
  • phase distribution of the polarization wavelength separation lens 21 can be expressed by the following equation (2):
  • x is the position in the x-axis direction
  • y is the position in the y-axis direction
  • xf is the focal position in the x-axis direction
  • yf is the focal position in the y-axis direction
  • zf is the focal position in the z-axis direction.
  • ⁇ (x, y) is the phase delay amount at positions x and y
  • ⁇ d is the center wavelength of the wavelength range to be separated
  • n0 is the refractive index of the transparent layer 30 on the transmission side
  • C is a constant.
  • the focusing positions xf , yf , and zf are set at the centers of 16 pixels 41 (e.g., see FIG. 16 ) corresponding to the combinations of polarization direction and wavelength component.
  • the phase distribution boundary regions of the polarized wavelength separation lens 21 are set so that they are symmetrical in both the x-axis and y-axis directions with respect to the phase distributions of adjacent polarized wavelength separation lenses 21 in both the x-axis and y-axis directions, centered on the focusing position.
  • the constant C may be optimized so that the phase distribution error is minimized for each combination of polarization direction and wavelength component.
  • the phase delay amount ⁇ calculated using equation (2) above is converted to fall within the range of 0 to 2 ⁇ . For example, -0.5 ⁇ is converted to 1.5 ⁇ , and 2.5 ⁇ is converted to 0.5 ⁇ .
  • the structure that best matches the phase distribution is, for example, a structure that minimizes the phase error, but is not limited to this example.
  • FIG. 21 is an enlarged view of region 21a in FIG. 16 in the polarized wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • Polarized light is expressed in two orthogonal polarization directions, so as shown in FIG. 21, in the polarized wavelength separation lens 21, microstructures 211a and 211b are arranged so as to be switched depending on the position.
  • microstructures 211a and microstructures 211b are arranged alternately in the x-axis direction (left-right direction) and y-axis direction (up-down direction), which are the periodic arrangement directions.
  • the microstructures 211a and 211b have axes of linear symmetry that differ by 45° from each other, and in region 21a, microstructures 211a and microstructures 211b whose axes of linear symmetry differ by 45° are arranged alternately.
  • the polarized wavelength separation lens 21 allows the polarized wavelength separation lens 21 to change the polarization direction in small incident area units, and to more appropriately focus incident light onto pixels 41 at different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength components of the incident light.
  • the area in which microstructures 211a and microstructures 211b, whose axes of linear symmetry differ by 45°, are alternately arranged is the entire polarized wavelength separation lens 21, but it may also be a partial area of the polarized wavelength separation lens 21.
  • Fig. 22 is a diagram showing an example of a wavelength spectrum indicating the relationship between wavelength and received light intensity of each pixel 41 when linearly polarized light in the 0° direction is incident on the image sensor 3 according to embodiment 1.
  • (a) of Fig. 22 shows the relationship between wavelength and received light intensity of four pixels 41 whose combinations of polarization direction and wavelength component correspond to Rh , Rv , R45h , and R45v , and the peaks of the spectrum are present in the R (Red) wavelength region corresponding to these pixels 41.
  • 22(b) shows the relationship between the received light intensity and wavelength in each pixel 41 with combinations of polarization direction and wavelength component G rh , G rv , G r45h , and G r45v , with the spectral peaks existing in the wavelength region of G r (Green-Red) corresponding to these pixels 41.
  • 22(c) shows the relationship between the received light intensity and wavelength in each pixel 41 with combinations of polarization direction and wavelength component G bh , G bv , G b45h , and G b45v , with the spectral peaks existing in the wavelength region of G b (Green-Blue) corresponding to these pixels 41.
  • FIG. 22 shows the relationship between the received light intensity and wavelength at each pixel 41 for combinations of polarization direction and wavelength component Bh , Bv , B45h , and B45v , and the spectral peaks are present in the B (Blue) wavelength region to which these pixels 41 correspond.
  • the polarization wavelength separation lens 21 in the image sensor 3 has a wavelength separation function.
  • the 0° pixel 41 corresponding to the incident polarized light has the highest light intensity
  • the 90° pixel 41 that is orthogonal to the incident polarized light has the lowest light intensity.
  • the 0° pixels 41 are the pixels 41 for Rh , Grh , Gbh , and Bh
  • the 90° pixels 41 are the pixels 41 for Rv , Grv , Gbv , and Bv .
  • the average transmittance of the polarized wavelength separation lens 21 across the visible light band (400-700 nm) is approximately 77%, which is higher than the estimated transmittance of 15-20% for a two-layer filter array consisting of a color filter and a polarized filter. This also confirms that the polarized wavelength separation lens 21 increases the amount of light received by the pixel 41.
  • Figures 23 and 24 are diagrams showing examples of light intensity distributions on the pixel array 40 when light with different polarization states and wavelength combinations is incident perpendicularly on the image sensor 3 according to embodiment 1.
  • the polarization wavelength separation lens 21 can focus light onto pixels 41 that correspond to the combination of polarization direction and wavelength components.
  • the imaging device 1 equipped with the imaging element 3 according to the embodiment has a signal processing unit 4, which performs processing to improve image quality.
  • 16 pixels 41 form one unit structure, which may result in a degradation of spatial resolution compared to pixel-based monochrome image sensors and 4-pixel-based color image sensors.
  • the signal processing unit 4 performs demosaic processing, which can suppress degradation of spatial resolution.
  • crosstalk of polarization components and crosstalk of wavelength components may exist between pixels 41.
  • Crosstalk of polarization components between pixels 41 may lower the low polarization extinction ratio, and crosstalk of wavelength components between pixels 41 may cause color mixing. Therefore, the signal processing unit 4 corrects the value of the electrical signal output from the pixel array 40 based on the polarization characteristics and light reception spectrum characteristics of each pixel 41, thereby suppressing color mixing and a decrease in the polarization extinction ratio.
  • the signal processing unit 4 can create a color correction matrix based on the light reception spectral characteristics of each pixel 41, and perform matrix operations on the pixel values of the image after demosaicing (e.g., three channels in the case of three colors), thereby performing more appropriate color correction processing.
  • the signal processing unit 4 creates a polarization correction matrix based on the polarization characteristics of each pixel 41, and performs matrix operations on the pixel values of the image after demosaicing (for example, four channels in the case of four polarization directions), thereby enabling more appropriate polarization correction processing.
  • the shape of the upper surface (incident surface) of the microstructure 211 is rectangular or cross-shaped, but the shape of the upper surface of the microstructure 211 is not limited to rectangular or cross-shaped.
  • Figure 25 is a diagram showing other examples of the shape of the upper surface of the microstructure 211 in the polarization wavelength separation lens 21 according to embodiment 1.
  • the top surface shape of the microstructure 211 can be formed into various shapes, such as a shape with an opening, a shape consisting of multiple top surfaces arranged at intervals, or a shape with an elliptical outer edge.
  • the rectangular microstructure 211 described above, the cross-shaped microstructure 211, and the microstructures 211 shown in Figures 25(a) to 25(x) have top surface shapes with two-fold rotational symmetry axes having axis of linear symmetry, but are not limited to such examples.
  • the columnar shape is not limited to a columnar shape with a uniform cross-sectional shape in a direction perpendicular to the z-axis direction, but may have a structure in which part or all of the cross-sectional shape is different.
  • the image sensor 3 according to the first embodiment is not limited to the configuration shown in Fig. 17.
  • Figs. 26 to 28 are diagrams schematically showing a portion of a cross section of other configuration examples of the image sensor 3 according to the first embodiment.
  • the polarization wavelength separation lens 21 may be formed on top of the transparent layer 30 above the pixel array 40 or inside the transparent layer made of SiO2 .
  • the imaging element 3 shown in (a) of Figure 26 has a transparent layer 30 made of a material such as SiO2 , a microstructure 211 disposed above the transparent layer 30, and does not have a transparent substrate 10.
  • the imaging element 3 shown in (b) of Figure 26 has transparent layers including the transparent layer 30 made of a material such as SiO2 , and a microstructure 211 disposed inside the transparent layer made of the same material, including the transparent layer 30 and the transparent substrate 10.
  • the imaging element 3 shown in (c) of Figure 26 has a transparent layer 30 formed of a layer made of a material such as SiO2 and an air layer, and a microstructure 211 disposed above the transparent layer 30, and does not have a transparent substrate 10.
  • the microstructures 211 are configured with one layer in the above-described example, they may be configured with two or more layers.
  • each microstructure 211 is formed across two layers.
  • the transparent layer 30 is a layer made of a material such as SiO2
  • a first layer of multiple microstructures 211 is disposed on the upper surface of the transparent layer made of a material such as SiO2
  • the second layer of multiple microstructures 211 is covered with a transparent layer made of a material such as SiO2 .
  • the transparent layer 30 is a layer made of a material such as SiO2 , and a plurality of microstructures 211 are disposed inside the transparent layer made of the same material including the transparent layer 30 and the transparent substrate 10.
  • a plurality of microstructures 211 are formed on the top and bottom surfaces of the transparent layer made of a material such as SiO2 .
  • the image sensor 3 shown in Fig. 27(d) differs from the image sensor 3 shown in Fig. 27(a) in that the transparent layer 30 is formed of a layer made of SiO2 or the like and an air layer.
  • the image sensor 3 shown in Fig. 27(e) differs from the image sensor 3 shown in Fig. 27(b) in that the transparent layer 30 is formed of a layer made of SiO2 or the like and an air layer.
  • each microstructure 211 is formed across three layers.
  • the transparent layer 30 is a layer made of a material such as SiO2
  • the first layer of the multiple microstructures 211 is disposed on the upper surface of the transparent layer made of a material such as SiO2 , with the second and third layers of the multiple microstructures 211 being covered by this transparent layer.
  • the transparent layer 30 is a layer made of a material such as SiO2 , and a plurality of microstructures 211 are arranged inside the transparent layer made of the same material, including the transparent layer 30 and the transparent substrate 10.
  • the first and third layers of the plurality of microstructures 211 are formed on the top and bottom surfaces of the transparent layer made of a material such as SiO2 , and the second layer of the microstructures 211 is arranged on that transparent layer.
  • the imaging element 3 shown in Fig. 28(d) differs from the imaging element 3 shown in Fig. 28(a) in that the transparent layer 30 is formed of a layer made of a material such as SiO2 and an air layer.
  • the imaging element 3 shown in Fig. 28(e) has first and second layers of a plurality of microstructures 211 arranged inside a transparent layer made of a material such as SiO2 , and a third layer of a plurality of microstructures 211 arranged on the bottom surface of the transparent layer.
  • the image sensor 3 may have a front-illuminated structure that receives light from the side of the wiring layer 42. Furthermore, although not shown in figures such as FIGS. 26 to 28, the image sensor 3 may have a high-refractive index uneven structure made of SiN, TiO2, or the like between the pixel array 40 and the polarization wavelength separation lens 21, which operates as an internal microlens and serves to guide light that has passed through the polarization wavelength separation lens 21 to the photoelectric conversion element in the pixel 41.
  • the structures shown in FIGS. 26 to 28 are fabricated using known semiconductor manufacturing techniques.
  • Figure 29 is a side view showing a schematic example of a microstructure 211 according to embodiment 1.
  • the microstructure 211 shown in Figure 29(a) has a side surface similar to that of the microstructure 211 shown in Figure 6.
  • the microstructure 211 shown in Figure 29(b) is formed across two layers and has microstructure pieces 2111 and 2112 that have the same center line and shape.
  • the microstructure 211 shown in Figure 29(c) is formed across two layers and has microstructure pieces 2111, 2112 that have the same center line but different shapes.
  • the microstructure 211 shown in Figure 29(d) is formed across two layers and has microstructure pieces 2111, 2112 that have different center lines and different shapes. Note that the side shape of the microstructure 211 is not limited to the example shown in Figure 29.
  • pixels 41 of the same wavelength component are arranged adjacently in the x-axis direction and the y-axis direction, so that the four pixels 41 of the same wavelength component are grouped together.
  • a pixel array 40 arranged in this manner can reduce crosstalk between wavelength components, but the arrangement of pixels 41 corresponding to combinations of polarization direction and wavelength component is not limited to the example described above.
  • FIGS. 30 and 31 are diagrams schematically illustrating other examples of the arrangement of pixels 41 in a pixel array 40 of an image sensor 3 according to an embodiment.
  • the pixel array 40 shown in FIGS. 30 and 31 four pixels 41 with the same polarization direction are arranged together by being adjacent to each other in the x-axis direction and the y-axis direction. In this way, in the pixel array 40 shown in FIGS. 30 and 31, four pixels 41 with the same polarization direction are arranged together, thereby making it possible to reduce crosstalk in the polarization direction between the pixels 41.
  • the image sensor 3 is not limited to a normal incidence compatible image sensor.
  • a normal incidence compatible image sensor if incident light is incident at an angle to the incident surface of the image sensor 3, the main light incident angle may differ between the center and edges of the pixel array 40.
  • a normal incidence compatible imaging element if incident light is incident at an angle relative to the incidence surface of the imaging element 3, the light may not be incident on the appropriate pixel 41, which could cause image degradation. Therefore, in embodiment 1, when incident light is incident in a direction perpendicular to the incidence surface of the imaging element 3, an oblique incidence compatible imaging element that is compatible with oblique incidence depending on the position of the pixel array 40 is used as the imaging element 3.
  • FIG. 32 is a plan view schematically showing another example of the image sensor 3 according to embodiment 1
  • FIG. 33 is a diagram schematically showing a portion of a cross section taken along line XXXIII-XXXIII shown in FIG. 32.
  • FIG. 34 is a diagram for explaining the angle of incidence ⁇ of light incident on the image sensor 3 shown in FIGS. 32 and 33.
  • FIG. 35 is a plan view schematically showing another example of the image sensor 3 according to embodiment 1
  • FIG. 36 is a diagram schematically showing a portion of a cross section taken along line XXXVI-XXXVI shown in FIG. 35.
  • the image sensor 3 shown in Figures 32 and 33 is an image sensor compatible with oblique incidence, in which the polarized wavelength separation lens 21 is positioned at a position shifted in the x-axis and y-axis directions relative to the unit structure (16 pixels 41) of the pixel array 40.
  • the focusing position of the polarized wavelength separation lens 21 shifts for incident light with an incident angle ⁇ (see Figure 34) that has an inclination angle in the x-axis and y-axis directions, so by shifting the position of the polarized wavelength separation lens 21 in the x-axis and y-axis directions to cancel out this shift, it is possible to accommodate oblique incidence.
  • the image sensor 3 shown in Figures 35 and 36 is an image sensor compatible with oblique incidence, and similar to the image sensor 3 shown in Figure 3, the polarization wavelength separation lens 21 and the unit structure (16 pixels 41) of the pixel array 40 are positioned opposite each other.
  • the polarized wavelength separation lens array 20 is designed so that incident light incident at an incident angle ⁇ (see Figure 34) is perpendicularly incident on the pixel 41 directly below, and the polarized wavelength separation lens array 20 is positioned according to the position of the pixel array 40.
  • the following equation (3) is the equation for the phase distribution of the lens that guides light with an incident angle ⁇ to the center of the pixel 41 directly below, and the polarized wavelength separation lens array 20 of the image sensor 3 shown in Figures 35 and 36 can be designed by performing a design similar to that when using equation (2) above.
  • x is the position in the x-axis direction
  • y is the position in the y-axis direction
  • xf is the focal position in the x-axis direction
  • yf is the focal position in the y-axis direction
  • zf is the focal position in the z-axis direction.
  • ⁇ (x, y) is the phase delay amount at positions x and y
  • ⁇ d is the center wavelength of the wavelength range to be separated
  • n in is the refractive index of the material on the incident side
  • n out is the refractive index of the material on the exit side
  • C is a constant.
  • Fig. 37 is a diagram schematically showing a part of a cross section of an image sensor according to Embodiment 2.
  • an image sensor 3A according to Embodiment 2 differs from the image sensor 3 according to Embodiment 1 in that it has a color filter 50 above the pixel array 40.
  • the color filter 50 is disposed between the polarized wavelength separation lens array 20 and the pixel array 40, more specifically, between the pixel array 40 and the transparent layer 30.
  • the color filter 50 is a filter that transmits wavelength components (e.g., color regions) corresponding to the pixel 41 and cuts out light of other wavelength components (e.g., color regions), and is provided, for example, for each pixel 41 or for multiple pixels 41.
  • the color filter 50 is made of resin or the like, and is realized using known technology.
  • Light incident on the image sensor 3A is wavelength-separated by the polarized wavelength separation lens 21, and then incident on the color filter 50 directly above the pixel array 40 and filtered.
  • the transmitted wavelength components of the color filter 50 match the wavelength components corresponding to the pixels 41 directly below, and the color filter 50 transmits light of the wavelength components corresponding to the pixels 41 directly below.
  • the image sensor 3A can guide light to the photoelectric conversion elements of the pixels 41 while cutting out components other than the desired wavelength component.
  • the image sensor 3A can achieve the same functionality as the image sensor 3 of embodiment 1, while significantly reducing crosstalk of wavelength components between the pixels 41.
  • the image sensor 3A which uses both the polarizing wavelength separation lens 21 and the color filter 50, can maintain high light utilization efficiency. This is because filtering by the color filter 50 occurs after color separation (wavelength separation) by the polarizing wavelength separation lens 21, so there is almost no reduction in the total amount of light reaching the pixel array 40.
  • Fig. 38 is a diagram schematically showing a part of a cross section of an image sensor according to embodiment 3.
  • an image sensor 3B according to embodiment 3 differs from the image sensor 3 according to embodiment 1 in that it has a polarizing filter 60 above the pixel array 40.
  • the polarizing filter 60 is disposed between the polarized wavelength separation lens array 20 and the pixel array 40, more specifically, between the pixel array 40 and the transparent layer 30.
  • the polarizing filter 60 is a filter that transmits light of the polarization direction corresponding to the pixel 41 and cuts light of other polarization directions, and is provided, for example, for each pixel 41 or for multiple pixels 41.
  • the polarizing filter 60 is composed of a metal wire grid or a photonic crystal, and is realized using known technology.
  • Light incident on the image sensor 3B is wavelength-separated by the polarizing wavelength separation lens 21, and then enters the polarizing filter 60 directly above the pixel array 40 and is filtered.
  • the transmission polarization axis of the polarizing filter 60 coincides with the polarization direction corresponding to the pixel 41 directly below, and the polarizing filter 60 transmits light with the polarization direction corresponding to the pixel 41 directly below.
  • the image sensor 3B can guide light to the photoelectric conversion elements of the pixels 41 while cutting out components other than the desired polarization component.
  • the image sensor 3B can achieve the same functionality as the image sensor 3 of embodiment 1, while also significantly eliminating crosstalk in the polarization direction between the pixels 41 and improving the polarization extinction ratio.
  • the image sensor 3B which uses both the polarized wavelength separation lens 21 and the polarizing filter 60, can maintain high light utilization efficiency. This is because the polarized light separation by the polarized wavelength separation lens 21 is followed by filtering by the polarizing filter 60, so there is almost no reduction in the total amount of light reaching the pixel array 40.
  • Fig. 39 is a diagram schematically illustrating a portion of a cross section of an image sensor according to the fourth embodiment.
  • the image sensor 3C according to the fourth embodiment differs from the image sensor 3 according to the first embodiment in that it has a color filter 50 and a polarizing filter 60 above the pixel array 40.
  • the color filter 50 is disposed between the polarized wavelength separation lens array 20 and the pixel array 40, more specifically, between the pixel array 40 and the transparent layer 30.
  • the color filter 50 is a filter that transmits wavelength components (e.g., color regions) corresponding to the pixel 41 and cuts out light of other wavelength components (e.g., color regions), and is provided, for example, for each pixel 41 or for multiple pixels 41.
  • the color filter 50 is made of resin or the like, and is realized using known technology.
  • the polarizing filter 60 is disposed between the polarized wavelength separation lens array 20 and the pixel array 40, more specifically, between the pixel array 40 and the transparent layer 30, directly above the color filter 50.
  • the polarizing filter 60 is a filter that transmits light of the polarization direction corresponding to the pixel 41 and cuts light of other polarization directions, and is provided, for example, for each pixel 41 or for multiple pixels 41.
  • the polarizing filter 60 is formed from a metal wire grid or a photonic crystal, and is realized using known technology. The arrangement of the polarizing filter 60 is not limited to the example shown in Figure 39, and the polarizing filter 60 may be disposed between the color filter 50 and the pixel array 40.
  • Light incident on the image sensor 3C is wavelength-separated by the polarizing wavelength separation lens 21, and then enters the polarizing filter 60 directly above the pixel array 40, where it is polarized and separated.
  • the transmission polarization axis of the polarizing filter 60 coincides with the polarization direction corresponding to the lower pixel 41, and the polarizing filter 60 transmits light with the polarization direction corresponding to the lower pixel 41.
  • Light that passes through the polarizing filter 60 is incident on the color filter 50 directly above the pixel array 40 and filtered.
  • the wavelength components transmitted by the color filter 50 match the wavelength components corresponding to the pixel 41 directly below, and the color filter 50 transmits light of the wavelength components corresponding to the pixel 41 directly below.
  • the image sensor 3C is provided with a polarizing filter 60 and a color filter 50, which allows it to guide light to the photoelectric conversion elements of the pixels 41 while cutting out components other than the desired color component and the desired polarization component. Therefore, the image sensor 3C achieves the same functionality as the image sensor 3 of embodiment 1, while significantly reducing polarization direction crosstalk between pixels 41 and wavelength component crosstalk between pixels 41.
  • the image sensor 3C which combines the polarizing wavelength separation lens 21, color filter 50, and polarizing filter 60, can maintain high light utilization efficiency. This is because filtering by the polarizing filter 60 and color filter 50 is performed after polarization separation and wavelength separation (e.g., color separation) by the polarizing wavelength separation lens 21, so there is almost no reduction in the total amount of light reaching the pixel array 40.
  • the pixel size, focal length, number and type of polarization directions to be separated, number and type of wavelength components to be separated, etc. are not limited to the examples described above, and can be changed depending on the lens design, required spatial resolution, etc.
  • the present invention is not limited to such examples.
  • materials such as SiN, SiC, TiO 2 , and GaN are suitable materials for the polarization wavelength separation lens 21 because they have a high refractive index and low absorption loss.
  • the image pickup elements 3, 3A, 3B, and 3C are used in the near-infrared region with wavelengths ranging from 800 to 1000 nm
  • materials such as Si, SiC, SiN, TiO 2 , GaAs, and GaN are suitable materials for the polarization wavelength separation lens 21 that have low loss for this light.
  • the imaging elements 3, 3A, 3B, and 3C are used in the long wavelength near-infrared region (such as the communication wavelengths of 1.3 ⁇ m or 1.55 ⁇ m)
  • InP or the like can be used as the material for the polarization wavelength separation lens 21.
  • examples of materials include polyimides such as fluorinated polyimide, BCB (benzocyclobutene), photocurable resins, UV epoxy resins, acrylic resins such as PMMA, and polymers such as general resists.
  • polyimides such as fluorinated polyimide, BCB (benzocyclobutene), photocurable resins, UV epoxy resins, acrylic resins such as PMMA, and polymers such as general resists.
  • the material of the transparent layer 30 may be a general glass material, SiO 2 , an air layer, or the like, as long as it has a refractive index lower than the refractive index of the material of the polarized wavelength separation lens 21 and has low loss for the wavelength of the incident light.
  • the transparent layer 30 may be a transparent layer having a layered structure made of multiple materials.
  • the polarization components separated by the polarization wavelength separation lens 21 are linearly polarized light oriented at 0°, 45°, 90°, and -45° relative to any one axis.
  • this is not limited to this.
  • it may also be possible to separate circularly polarized or elliptically polarized components, and a configuration that combines the separation of linearly polarized and circularly polarized components is also possible.
  • an imaging element can be considered that is composed of three polarization units (two for separating linearly polarized components and one for separating circularly polarized components) each with the function of separating linearly polarized light oriented at 0°, 45°, 90°, and -45°, and the function of separating right-handed and left-handed circularly polarized components.
  • the light in the three wavelength regions supported by the polarized wavelength separation lens 21 is light of the three primary colors R, G, and B, or one of the four wavelength regions supported by the polarized wavelength separation lens 21 is infrared light, which is light of a wavelength other than the three primary colors, but this is not limited to such examples.
  • the wavelengths that can be separated by the polarized wavelength separation lens 21 may be light of a wavelength other than the three primary colors in at least one of the three wavelength regions (e.g., infrared light or ultraviolet light), or light of a wavelength other than the three primary colors in at least two of the four wavelength regions (e.g., infrared light or ultraviolet light).
  • the imaging elements 3, 3A, 3B, and 3C have a pixel array 40 in which a plurality of pixels 41, each including a photoelectric conversion element, are arranged in a two-dimensional array, and a polarization wavelength separation lens array 20 in which a plurality of polarization wavelength separation lenses 21, each having a periodic arrangement of microstructures 211 that focus incident light to different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength component of the incident light, are arranged in a two-dimensional array.
  • the polarization wavelength separation lens array 20 is an example of a spectroscopic element array
  • the polarization wavelength separation lens 21 is an example of a spectroscopic element.
  • the arrangement period P of the plurality of microstructures 211 is shorter than the wavelength of light to be received by the pixel array 40.
  • All or some of the plurality of microstructures 211 have a surface, on which incident light is incident, that has an axis of linear symmetry and a shape whose length differs in the direction of the axis of linear symmetry and the direction perpendicular to the axis of linear symmetry, and the axis of linear symmetry and the structure are modulated depending on the position on the polarization wavelength separation lens 21.
  • the image sensor 3 can separate the polarization direction and wavelength of incident light without using a color filter or polarizing filter, which reduces the number of parts required and contributes to lower costs.
  • the image sensor 3, 3A, 3B, and 3C can increase imaging sensitivity by using the polarization wavelength separation lens array 20, thereby reducing the cost of the image sensor with increased imaging sensitivity.
  • the axis of linear symmetry of all or some of the multiple microstructures 211 differs by 45° from the axis of linear symmetry of adjacent microstructures 211 in the arrangement direction of the periodic array. This allows the image sensors 3, 3A, 3B, and 3C to vary the polarization direction in small incident area units, and more appropriately focus incident light on pixels 41 at different positions on the pixel array 40 depending on the polarization direction and wavelength components of the incident light.
  • the multiple microstructures 211 have the same length in a direction perpendicular to the pixel array surface of the pixel array 40. This makes it easy to create multiple microstructures 211.
  • the multiple microstructures 211 are configured across multiple layers. This allows for greater freedom in designing the microstructures 211 in the imaging elements 3, 3A, 3B, and 3C.
  • Imaging device 1
  • Lens optical system 3 3A, 3B, 3C Imaging element 4
  • Signal processing unit 10 Transparent substrate 20
  • Polarized wavelength separation lens array 21
  • Polarized wavelength separation lens 30
  • Transparent layer 40
  • Pixel array 41
  • Pixel 42 Wiring layer 50
  • Color filter 60

Landscapes

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Abstract

撮像素子（３）は、光電変換素子を含む画素（４１）が２次元アレイ状に複数配列された画素アレイ（４０）と、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ（４０）上の異なる位置へ入射光を集光する複数の微細構造体の周期配列を有する分光素子が２次元アレイ状に配列された分光素子アレイとを有する。複数の微細構造体の配列周期は、画素アレイ（４０）での受光対象となる光の波長より短く、複数の微細構造体の全部または一部は、線対称軸を有し且つ線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を入射光が入射される面として有し、分光素子における位置に応じて線対称軸と構造とが変調されている。

Description

撮像素子および撮像装置
　本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。
　近年、色情報に加えて、偏光情報を有する画像である偏光カラー画像の取得を可能にする偏光カラー撮像素子が活発に研究開発されている。通常の偏光カラー撮像素子では、マイクロレンズ、光吸収型の偏光フィルタ、およびカラーフィルタを画素上に積層することで、撮像対象の偏光情報とカラー情報を取得する。
　しかし、上記構成では、センサに入射した光が偏光フィルタとカラーフィルタとを透過した後に各画素に到達するため、総受光量が必然的に入射光量の最大１／６程度になってしまい、受光感度が制限される。
　そこで、近年では、偏光フィルタの代わりに微細構造パターンを有する光透過型の偏光分離素子を用いて、撮像素子の高感度化を実現することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、カラーフィルタの代わりに微細構造パターンを有する光透過型の色分離素子を用いて、撮像素子の高感度化を実現することが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。以上のどちらかの方法とフィルタとを併用することで、偏光カラー撮像素子の撮像感度を向上させることができる。
E.　Arbabi,　S.　M.　Kamali,　A.　Arbabi,　and　A.　Faraon,　"Full-Stokes　Imaging　Polarimetry　Using　Dielectric　Metasurfaces,"　ACS　Photonics　5,　3132-3140　(2018). Masashi　Miyata,　Naru　Nemoto,　Kota　Shikama,　Fumihide　Kobayashi,　and　Toshikazu　Hashimoto,　"Full-color-sorting　metalenses　for　high-sensitivity　image　sensors,"　Optica　8,　1596-1604　(2021).
　しかしながら、微細構造を用いた技術において偏光カラー画像を取得するには、偏光フィルタまたはカラーフィルタを併用することが必須となることから、コスト的な観点で課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト化を図ることができる撮像素子および撮像装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像素子は、光電変換素子を含む画素が２次元アレイ状に複数配列された画素アレイと、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ上の異なる位置へ入射光を集光する複数の微細構造体の周期配列を有する分光素子が２次元アレイ状に配列された分光素子アレイと、を有する。複数の微細構造体の配列周期は、画素アレイでの受光対象となる光の波長より短く、複数の微細構造体の全部または一部は、線対称軸を有し且つ線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を入射光が入射される面として有し、分光素子における位置に応じて線対称軸と構造とが変調されている。
　本発明によれば、低コスト化を図ることができる。
図１は、実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示した側面図である。 図２は、実施の形態に係る撮像素子の画素アレイおよび偏光波長分離アレイの断面の一部の一例を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態に係る撮像素子の偏光波長分離レンズアレイにおける偏光波長分離レンズの平面の一例を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態に係る撮像素子の偏光波長分離レンズにおける偏光分離および波長分離の特性の一例を模式的に示す図である。 図５は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを構成する微細構造体の一例を示す平面図である。 図６は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを構成する微細構造体の側面図である。 図７は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを構成する微細構造体の側面図である。 図８は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを構成する微細構造体の側面図の一例を示す図である。 図９は、図８のＣ矢視図である。 図１０は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを構成する微細構造体の側面図の他の例を示す図である。 図１１は、図１０のＣ矢視図である。 図１２は、図８および図９に示す微細構造体における位相遅延特性の計算結果を示す図である。 図１３は、図１０および図１１に示す微細構造体における位相遅延特性の計算結果を示す図である。 図１４は、図８および図９に示す微細構造体の線対称軸を４５°回転させた微細構造体における位相遅延特性の計算結果を示す図である。 図１５は、図１０および図１１に示す微細構造体の線対称軸を４５°回転させた微細構造体における位相遅延特性の計算結果を示す図である。 図１６は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズの他の例を模式的に示す平面図である。 図１７は、図１６に示すXVII-XVII線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。 図１８は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを実現する位相遅延空間分布の一例を示す図である。 図１９は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを実現する位相遅延空間分布の一例を示す図である。 図２０は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズを実現する位相遅延空間分布の一例を示す図である。 図２１は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズにおける図１６の領域の拡大図である。 図２２は、実施の形態１に係る撮像素子に０°方向の直線偏光が入射された場合の各画素の受光強度と波長との関係を示す波長スペクトルの一例を示す図である。 図２３は、実施の形態１に係る撮像素子に異なる偏光状態および波長の組み合わせの光を垂直に入射した際の画素アレイ上における光強度分布の一例を示す図である。 図２４は、実施の形態１に係る撮像素子に異なる偏光状態および波長の組み合わせの光を垂直に入射した際の画素アレイ上における光強度分布の一例を示す図である。 図２５は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズにおける微細構造体の上面形状の他の例を示す図である。 図２６は、実施の形態１に係る撮像素子の他の構成例の断面の一部を模式的に示す図である。 図２７は、実施の形態１に係る撮像素子の他の構成例の断面の一部を模式的に示す図である。 図２８は、実施の形態１に係る撮像素子の他の構成例の断面の一部を模式的に示す図である。 図２９は、実施の形態１に係る微細構造体の模式的な一例を示す側面図である。 図３０は、実施の形態に係る撮像素子の画素アレイの画素の配置の他の例を模式的に示す図である。 図３１は、実施の形態に係る撮像素子の画素アレイの画素の配置の他の例を模式的に示す図である。 図３２は、実施の形態１に係る撮像素子の他の例を模式的に示す平面図である。 図３３は、図３２に示すXXXIII-XXXIII線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。 図３４は、図３２および図３３に示す撮像素子への入射光の入射角度を説明するための図である。 図３５は、実施の形態１に係る撮像素子の他の例を模式的に示す平面図である。 図３６は、図３５に示すXXXVI-XXXVI線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。 図３７は、実施の形態２に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。 図３８は、実施の形態３に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。 図３９は、実施の形態４に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。
　以下、本発明を実施するための最良の形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがって、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
［実施の形態］
［撮像装置］
　まず、本発明の実施の形態に係る撮像装置について説明する。図１は、実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示した側面図である。
　図１に示すように、実施の形態に係る撮像装置１は、レンズ光学系２と、撮像素子３と、信号処理部４とを有する。信号処理部４は、撮像素子３から出力される電気信号を処理して画像信号を生成する。
　レンズ光学系２は、撮像光学系の一例であり、撮像素子３の撮像面に光学像を形成する。自然光または照明光などの光が物体に照射されて物体により反射、散乱、または透過した光、または、物体から発する光は、レンズ光学系２により撮像素子３の撮像面上に光学像を形成する。
　レンズ光学系２は、様々な光学収差を補正するため、光軸に沿って並んだ複数のレンズからなるレンズ群により構成されるが、図１では図面を簡略化して単一のレンズとして示している。
　撮像素子３は、メタサーフェスを用いた撮像素子であり、レンズ光学系２により撮像面に入射した光に基づいて、偏光方向および波長成分に対応した画素毎の情報を含む電気信号を出力する。信号処理部４は、撮像素子３から出力される電気信号を処理して画像信号を生成し、生成した画像信号を外部に出力する。
　画像信号は、例えば、偏光情報と波長情報とを含む偏光カラー画像信号である。偏光カラー画像信号は、分離する偏光方向と波長成分との組み合わせ毎の画像の信号であるが、かかる例に限定されない。
　なお、撮像装置１は、赤外光カットの光学フィルタ、電子シャッタ、ビューファインダ、電源（電池）、フラッシュライトなどの公知の構成要素を備え得るが、それらの説明は、本発明の理解に特に必要でないため省略する。また、以上の構成はあくまでも一例であり、実施の形態では、レンズ光学系２、撮像素子３、信号処理部４を除く構成要素として、公知の要素を適切に組み合わせて用いることができる。
［撮像素子３］
　続いて、実施の形態に係る撮像素子３の概略を参照して説明する。図２は、実施の形態に係る撮像素子３の画素アレイおよび偏光波長分離アレイの断面の一部の一例を模式的に示す図である。
　図２に示すように、実施の形態に係る撮像素子３は、透明基板１０と、偏光波長分離レンズアレイ２０と、透明層３０と、画素アレイ４０とを有する。図２に示す例では、画素アレイ４０上に、透明層３０、偏光波長分離レンズアレイ２０、および透明基板１０が順に積層されている。偏光波長分離レンズアレイ２０は、分光素子アレイの一例である。図２は、後述する図３に示すII－II線に沿った断面図に相当する。
　図２に示す例では、偏光波長分離レンズアレイ２０は、透明層３０を介して、画素アレイ４０と対向しており、レンズ光学系２からの光が入射する側に偏光波長分離レンズアレイ２０が配置されている。
　透明基板１０は、例えば、ＳｉＯ２などの材料からなる低屈折率の透明基板であるが、かかる例に限定されない。偏光波長分離レンズアレイ２０は、透明基板１０の底面に２次元アレイ状に配列された複数の偏光波長分離レンズ２１を含む。図２では、複数の偏光波長分離レンズ２１のうち１つの偏光波長分離レンズ２１の一部が示されている。偏光波長分離レンズ２１は、分光素子の一例である。
　各偏光波長分離レンズ２１は、入射光を偏光方向および波長成分に応じて分離し、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置へ入射光を集光する複数の微細構造の周期配列を有する。これにより、偏光波長分離レンズ２１は、撮像対象Ｏからの光を入射光としてその偏光方向と波長成分とに応じて、画素アレイ４０上の異なる画素に集光させることができる。
　透明層３０は、空気層またはＳｉＯ２を材料とする層であるが、かかる例に限定されない。例えば、透明層３０は、偏光波長分離レンズ２１の材料の屈折率より低く、入射光の波長に対して低損失なものであればよく、ガラスなどの材料であってもよく、複数の材料からなる積層構造を有する透明層であってもよい。なお、図２では、透明層３０として空気層が示されている。
　画素アレイ４０は、２次元アレイ状に各々配列された光電変換素子を含む複数の画素４１と、各画素４１で生成された電気信号を信号処理部４に伝達したり画素４１の動作を制御するための制御信号を各画素４１に伝達したりする配線層４２とを有する。
　図２を含む複数の図面では、説明の便宜上、ｘｙｚ直交座標系が設定される。ｘｙｚ直交座標系では、画素アレイ４０における画素配列面に対する垂直方向をｚ軸とし、図２に示す４つの画素４１の配列方向をｘ軸とし、ｘ軸と直交する方向をｙ軸としている。画素配列面は、画素アレイ４０における画素４１の２次元配列方向であるｘｙ平面である。また、画素アレイ４０の画素配列面と平行であるｘｙ平面上において、ｘ軸を基準とした角度θを設定する。
　図３は、実施の形態に係る撮像素子３の偏光波長分離レンズアレイ２０における偏光波長分離レンズ２１の平面の一例を模式的に示す図である。図３では、１つの偏光波長分離レンズ２１が示されているが、偏光波長分離レンズアレイ２０においては、ｘ方向およびｙ方向に２次元アレイ状に複数の偏光波長分離レンズ２１が配列されている。
　図３に示すように、偏光波長分離レンズ２１は、複数の微細構造体２１１の周期配列を有する。複数の微細構造体２１１は、上述したように、入射光を偏光方向および波長成分に応じて分離し、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置へ入射光を集光する。微細構造体２１１は、透明層３０の屈折率よりも高い屈折率を有するＳｉＮまたはＴｉＯ２などの材料から形成されている。微細構造体２１１の周期配列における周期Ｐは、透過する光の波長より短く、これにより、不要な回折光が抑制される。
　図３に示す偏光波長分離レンズ２１における微細構造体２１１は、線対称軸を有し且つ線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を入射光が入射される面である入射面として有している。図３に示す例では、各微細構造体２１１は、線対称軸として、ｘ軸またはｙ軸と平行な軸、または、ｘ軸またはｙ軸から４５°傾いた軸と平行な軸を有している。偏光波長分離レンズ２１では、ｘ軸またはｙ軸と平行な軸を線対称軸として有する微細構造体２１１と、ｘ軸またはｙ軸から４５°傾いた軸と平行な軸を線対称軸として有する微細構造体２１１とを含む。入射面の形状は、例えば、長手方向と短手方向とを有する長方形状、長手方向と短手方向とを有する十字形状、長手方向と短手方向とを有する楕円形状などであり、線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有している。
　図３に示す偏光波長分離レンズ２１では、偏光波長分離レンズ２１における位置に応じて微細構造体２１１の線対称軸と構造とが変調されており、これにより、偏光波長分離レンズ２１は、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置の画素４１へ入射光をより適切に集光することができる。
　微細構造体２１１の構造の変調は、微細構造体２１１における入射光が入射される上面の面積、微細構造体２１１の形状、微細構造体２１１の体積などの変調によって行われる。微細構造体２１１の構造は、微細構造体２１１の位相遅延特性が変調されるように変調される。図３に示す偏光波長分離レンズ２１では、複数の微細構造体２１１の全部が構造の変調が行われているが、かかる例に限定されず、複数の微細構造体２１１の一部に限定して構造の変調が行われてもよい。
　図３に示す偏光波長分離レンズ２１では、ｘ方向とｙ方向とにそれぞれ複数の微細構造体２１１が配列されており、微細構造体２１１の線対称軸は、周期配列の配列方向であるｘ方向とｙ方向とで隣接する微細構造体２１１の線対称軸と４５°異なる。これにより、偏光波長分離レンズ２１は、小さな入射面積単位で偏光方向を異ならせることができ、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置の画素４１へ入射光をより適切に集光することができる。
　偏光波長分離レンズ２１によって分離される偏光方向は、例えば、４つ以上であり、偏光波長分離レンズ２１によって分離される波長成分は、例えば、２つ以上であるが、かかる例に限定されない。
　例えば、偏光波長分離レンズ２１によって分離される偏光方向は、ｘ軸方向（θ＝０°）、ｙ軸方向（θ＝９０°）、θ＝４５°方向、θ＝－４５°方向であるが、例えば、右回りの円偏光成分および左回りの円偏光成分などを含んでもよい。
　偏光波長分離レンズ２１によって分離される波長成分は、例えば、赤（Ｒ）の波長成分、緑色（Ｇ）の波長成分、青（Ｂ）の波長成分、および、近赤外光（Ｎ）の波長成分である。
　図４は、実施の形態に係る撮像素子３の偏光波長分離レンズ２１における偏光分離および波長分離の特性の一例を模式的に示す図である。
　図４に示す偏光波長分離レンズ２１は、ｘ軸方向（θ＝０°）、ｙ軸方向（θ＝９０°）、θ＝４５°方向、およびθ＝－４５°方向の４つの偏光方向と、各偏光方向の赤（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青（Ｂ）、および、近赤外光（Ｎ）の４つの波長成分とに分離する。
　画素アレイ４０では、偏光波長分離レンズ２１によって４つの偏光方向の各々で４つの波長成分が空間的に分離された入射光が１６個の画素４１で受光される。画素アレイ４０は、偏光波長分離レンズ２１毎に１６個の画素４１が単位構造として形成される。
　偏光波長分離レンズ２１に対応する１６個の画素４１には、互いに異なる組み合わせの偏光方向および波長成分の光が集光される。図４においては、これら１６個の画素４１に集光される偏光方向および波長成分が、Ｒｈ、Ｒｖ、Ｒ４５ｈ、Ｒ４５ｖ、Ｇｈ、Ｇｖ、Ｇ４５ｈ、Ｇ４５ｖ、Ｂｈ、Ｂｖ、Ｂ４５ｈ、Ｂ４５ｖ、Ｎｈ、Ｎｖ、Ｎ４５ｈ、Ｎ４５ｖで示されている。
　「Ｒ」は、波長成分が赤（Ｒ）であることを示し、「Ｇ」は、波長成分が緑（Ｇ）であることを示し、「Ｂ」は、波長成分が青（Ｂ）であることを示し、「Ｎ」は、波長成分が近赤外光（Ｎ）であることを示している。また、「ｈ」は、偏光方向がｘ軸方向（θ＝０°）であることを示し、「４５ｈ」は、偏光方向がθ＝４５°方向であることを示し、「ｖ」は、偏光方向がｙ軸方向（θ＝９０°）であることを示し、「４５ｖ」は、偏光方向がθ＝－４５°方向であることを示している。
　なお、偏光波長分離レンズ２１によって分離される偏光方向および波長成分は、図４に示す例に限定されず、偏光波長分離レンズ２１の構成に応じて、分離される偏光方向および波長成分は任意に変更することができる。また、画素４１の配列、形状、およびサイズなども、図４に示す例に限定されない。
　このように、実施の形態に係る撮像素子３は、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置へ入射光を集光する微細構造体２１１の周期配列を有する分光素子が２次元アレイ状に配列された偏光波長分離レンズ２１を有する。そして、微細構造体２１１の周期配列の周期Ｐは、透過する光の波長より短い。また、微細構造体２１１のうちの全部または一部は、線対称軸を有し且つ線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を入射光が入射される面として有し、偏光波長分離レンズ２１における位置に応じて線対称軸と構造とが変調されている。これにより、撮像素子３は、カラーフィルタおよび偏光フィルタを用いることなく、入射光の偏光方向と波長とを分離することができることから、部品点数が少なく済み、低コスト化を図ることができる。
　また、撮像素子３は、カラーフィルタおよび偏光フィルタを用いないため、光利用効率を最大化でき、カラーフィルタおよび偏光フィルタを用いた従来の撮像素子と比較して、撮像感度を高めることができる。さらに、簡易に作製可能な１層の微細構造素子のみを用いて、上記の機能を達成できるため、従来技術に比べて、生産性が優れた撮像素子３を提供することができる。
　以下、図面を参照しながら、さらに具体的に本実施の形態を説明する。
［実施の形態１］
　実施の形態１に係る撮像装置１は、図１に示す構成と同様に、レンズ光学系２と、撮像素子３と、信号処理部４とを有する。また、実施の形態１に係る撮像素子３は、図４に示す構成と同様に、透明基板１０と、偏光波長分離レンズアレイ２０と、透明層３０と、画素アレイ４０とを有する。
　撮像素子３に入射する光である入射光は、偏光波長分離レンズ２１によって、偏光方向と波長成分とが分離され、上述したように、分離された光は偏光方向と波長成分との組み合わせに応じて画素アレイ４０上の異なる位置に集光される。
　画素アレイ４０では、各画素４１内の光電変換素子によって光電変換がなされ、各単位構造からは互いに異なる偏光方向と波長成分との組み合わせに対応する１６個の電気信号がそれぞれ出力される。
　信号処理部４は、画素アレイ４０から出力される単位構造毎の１６個の電気信号に対して、デモザイク処理、行列演算などに基づくカラー補正処理、行列演算などに基づく偏光補正処理などの画像処理を行うことで、偏光方向および波長成分に応じた偏光カラー画像を生成し、生成した偏光カラー画像の信号を出力する。
　偏光カラー画像は、例えば、分離する偏光方向の数と分離する波長成分の数とを乗算した数の画像であり、分離する偏光方向と波長成分との組み合わせ毎の画像であるが、かかる例に限定されない。画素アレイ４０では、上記の単位構造が２次元平面上にアレイを形成しているため、信号処理部４は、撮像素子３上に結像した撮像対象の偏光成分情報と波長成分情報の２次元空間情報を取得することができる。
［偏光波長分離レンズ２１］
　偏光波長分離レンズ２１は、上述したように、複数の微細構造体２１１の周期配列を含む。各微細構造体２１１は、複数または単一の柱状形状で形成される構造体であるが、複数または単一の孔形状で構成される構造体であってもよく、柱状形状と孔形状とによって構成される構造体であってもよい。
　また、微細構造体２１１間の間隔は、受光すべき光の波長よりも短い間隔、すなわち画素アレイ４０での受光対象となる光の波長よりも短い間隔である。例えば、受光対象となる光の波長帯域である受光波長帯域の最短中心波長をλｍｉｎとすると、微細構造体２１１間の間隔は、λｍｉｎ／ｎ０未満に設定される。ｎ０は、透過側の透明層の屈折率である。微細構造体２１１間の間隔は、上述した配列周期Ｐであり、かかる配列周期Ｐは、Ｐ＜λｍｉｎ／ｎ０で規定される。
　ここで、透明基板１０の底面に形成された複数の微細構造体２１１によって偏光波長分離レンズ２１が構成される例について説明する。図５は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１を構成する微細構造体２１１の一例を示す平面図である。図６および図７は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１を構成する微細構造体２１１の側面図である。図５～図７に示す微細構造体２１１は、柱状形状で形成される構造体である。
　偏光波長分離レンズ２１は、図５～図７に例示するような柱状形状の微細構造体２１１が複数配置されることによって構成される。各微細構造体２１１は、構造周囲の材料または空間の屈折率ｎ０よりも高い屈折率ｎ１を有する材料から形成されており、構造の厚み、すなわち、ｚ軸方向の長さｈは、一定である。
　また、図５に示すように、微細構造体２１１の上面および底面は、ｘ軸方向の幅ｗ１、ｙ軸方向の幅ｗ２を有する四角形である。微細構造体２１１は、構造周囲の材料または空間との屈折率差により、光を構造内に閉じ込めて伝搬させる光導波路として動作する。
　したがって、微細構造体２１１の構造片側（例えば、上面）を入射面として光を入射すると、光は構造内に強く閉じ込められながら伝搬する。このとき、微細構造体２１１に入射した光は、光導波路の実効的な屈折率ｎｅｆｆによって決まる位相遅延効果を受けながら伝搬し、最後にもう一方の構造片側（例えば、底面）から出力される。この場合、微細構造体２１１の構造周囲の材料または空間を、微細構造体２１１の厚み分の長さｈの距離を伝搬した光の位相を基準した際、微細構造体２１１による位相遅延量φは、光の真空中での波長をλとおくと、式（１）で表される。
　上記式（１）から明らかなように、微細構造体２１１による位相遅延量φは、光の波長λによって異なることから、同一構造の微細構造体２１１において、光を波長領域に応じて異なる位相遅延量を与えることができる。さらに、屈折率ｎｅｆｆは光の波長λによっても異なり、屈折率ｎｅｆｆの度合いは微細構造体２１１の上面形状の寸法に大きく依存する。したがって、多様な上面形状をもつ微細構造体２１１を用いることで、光の波長λに応じた位相遅延量φの多様な組み合わせを設定することが可能である。
　そして、各微細構造体２１１の上面を含む平面上の位置に応じて、適した幅ｗ１，ｗ２を有する微細構造体２１１の上面をそれぞれ配置することで、各波長の光に対して任意の位相遅延空間分布を与えることができ、その結果、各波長の光に対して任意の光波面の制御を行うことが可能となる。
　また、上記式（１）に示すように、屈折率ｎｅｆｆは、構造寸法の関数であり、かつ、構造形状によっては強い偏光依存性が生じることが知られている。柱状形状の微細構造体２１１では、図６および図７に示すような長方形の構造断面をもつようにすると、直交する入射偏光に対して異なる屈折率ｎｅｆｆを独立に与えることができる。
　ここで、図５における横方向（ｘ軸方向）の偏光成分に対する微細構造体２１１の位相遅延量をφｈ、図５における縦方向（ｙ軸方向）の偏光成分に対する微細構造体２１１の位相遅延量をφｖとする。また、横方向（ｘ軸方向）の偏光成分に対する実効的な微細構造体２１１の屈折率をｎｅｆｆｈ、縦方向（ｙ軸方向）の偏光成分に対する実効的な微細構造体２１１の屈折率をｎｅｆｆｖとする。この場合、屈折率ｎｅｆｆｈと屈折率ｎｅｆｆｖとは、幅ｗ１と幅ｗ２との組み合わせによってそれぞれ制御できることが知られており、それぞれｎ０＜ｎｅｆｆｈ＜ｎ１、および、ｎ０＜ｎｅｆｆｖ＜ｎ１の値をとる。
　したがって、式（１）より、位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとは、幅ｗ１と幅ｗ２との組み合わせによってそれぞれ任意に制御できる。すなわち、図５～図７に示す例では、微細構造体２１１の幅ｗ１と幅ｗ２とを設計することで、各偏光方向に対する位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとを任意に設定することが可能である。
　また、微細構造体２１１の上面の線対称軸を回転することで、対応する偏光方向を変えることができる。微細構造体２１１の上面の線対称軸は、図５に示す例では、ｘ軸と平行な軸またはｙ軸に平行な軸である。微細構造体２１１の上面を４５°回転させ、線対称軸を回転させることで、θ＝±４５°の偏光成分に対する位相遅延量φ４５ｈと位相遅延量φ４５ｖとを規定することができ、θ＝±４５°の偏光成分の光の位相を位相遅延量φ４５ｈと位相遅延量φ４５ｖとでそれぞれ変調させることができる。
　以上から、撮像素子３は、ｘ軸、ｙ軸の平面上の位置に応じて、それぞれ適した幅ｗ１，ｗ２および線対称軸を有する複数の微細構造体２１１を配置した偏光波長分離レンズ２１とすることで、各偏光方向に対して任意の位相遅延空間分布を与えることができる。その結果、各偏光方向に対して任意の波面制御を行うことが可能となる。
　また、位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとは、上述のように光の波長λの関数でもあることから、上述の偏光方向に応じた位相変調機能と波長に応じた位相変調機能とを併用することで、光の偏光方向と波長領域に応じて異なる集光位置をもつ偏光波長分離レンズ２１を実現することができる。
　なお、任意の波面制御を行うには、微細構造体２１１による各偏光方向に対する位相遅延量の可変範囲が、０～２πの範囲以上を有していることが好ましい。また、作製方法および作製コストの観点から、微細構造体２１１のｚ軸方向の長さｈは可能な限り薄い方が好ましい。したがって、式（１）から、撮像素子３に入射する光の波長λにおいて、微細構造体２１１のｚ軸方向の長さｈは、ｈ＝λ／（ｎ１―ｎ０）の近傍に設定することが望ましいが、かかる例に限定されない。
　ここで、偏光波長分離レンズ２１の微細構造体２１１の具体例についてさらに説明する。図８は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１を構成する微細構造体２１１の側面図の一例を示す図である。図９は、図８のＣ矢視図である。図８および図９に示すように、例えば、微細構造体２１１は、透明基板１０の底面に形成される。図９に示す微細構造体２１１では、入射面である上面の形状が長方形状に形成されており、微細構造体２１１の上面の線対称軸は、例えば、ｘ軸と平行な軸またはｙ軸に平行な軸である。
　図１０は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１を構成する微細構造体２１１の側面図の他の例を示す図である。図１１は、図１０のＣ矢視図である。図１０および図１１に示すように、例えば、微細構造体２１１は、透明基板１０の底面に形成される。図１０および図１１に示す微細構造体２１１では、入射面である上面の形状が十字形状に形成されており、微細構造体２１１の上面の線対称軸は、例えば、ｘ軸と平行な軸またはｙ軸に平行な軸である。
　図１２は、図８および図９に示す微細構造体２１１における位相遅延特性の計算結果を示す図である。図１３は、図１０および図１１に示す微細構造体２１１における位相遅延特性の計算結果を示す図である。なお、微細構造体２１１の材料は、例えば、ＳｉＮ（ｎ１＝２．０３）であり、微細構造体２１１間および微細構造体２１１下方の透明層３０（図２参照）を構成する材料は、空気（ｎ０＝１．０）であるが、後述するように単一の透明層に微細構造体２１１が埋め込まれている形態でもよい。
　図８～図１１に示すように、微細構造体２１１の高さ（ｚ軸方向の長さ）は、ｈ＝１２５０ｎｍとし、微細構造体２１１の配列周期は、３５０ｎｍとする。また、位相遅延特性の計算は、厳密結合理論に基づいており、透明基板１０側から波長λ＝４５０，５４０，６４０ｎｍの各々の平面波が入射した際の位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとを、幅ｗ１およびｗ２の関数として求めた。
　図１２では、図８および図９に示す微細構造体２１１のｘ軸方向の幅ｗ１およびｙ軸方向の幅ｗ２との各組合せに対する位相遅延量の値を濃淡で表現したヒートマップが位相遅延特性の計算結果として示されている。図１３では、図１０および図１１に示す微細構造体２１１のｘ軸方向の幅ｗ１およびｙ軸方向の幅ｗ２との各組合せに対する位相遅延量の値を濃淡で表現したヒートマップが位相遅延特性の計算結果として示されている。
　図１２の（ａ）および図１３の（ａ）は、図８および図９に示す微細構造体２１１に波長λ＝４５０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｈのヒートマップであり、図１２の（ｂ）および図１３の（ｂ）は、波長λ＝４５０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｖのヒートマップである。
　また、図１２の（ｃ）および図１３の（ｃ）は、波長λ＝５４０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｈのヒートマップであり、図１２の（ｄ）および図１３の（ｄ）は、波長λ＝５４０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｖのヒートマップである。また、図１２の（ｅ）および図１３の（ｅ）は、波長λ＝６４０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｈのヒートマップであり、図１２の（ｆ）および図１３の（ｆ）は、波長λ＝６４０ｎｍの平面波が入射した際の位相遅延量φｖのヒートマップである。
　図１２および図１３に示すように、微細構造体２１１における幅ｗ１、ｗ２、および上面形状の組み合わせにより、様々な位相遅延量φｈと位相遅延量φｖの組み合わせを実現することができる。また、図１２および図１３に示すように、微細構造体２１１では、位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとに大きな波長依存性があることがわかる。
　したがって、図１２および図１３に示す計算結果を用いて、θ＝０°，９０°の偏光分離機能、波長分離機能、および集光機能を含む任意の光波面制御に適した位相遅延空間分布に適合するように、微細構造体２１１での形状および配置を決定することができる。
　図１４は、図８および図９に示す微細構造体２１１の線対称軸を４５°回転させた微細構造体２１１における位相遅延特性の計算結果を示す図である。図１５は、図１０および図１１に示す微細構造体２１１の線対称軸を４５°回転させた微細構造体２１１における位相遅延特性の計算結果を示す図である。
　図１４および図１５に示すように、微細構造体２１１における幅ｗ１、ｗ２、および上面形状の組み合わせにより、様々な位相遅延量φｈと位相遅延量φｖの組み合わせを実現することができる。また、図１４および図１５に示すように、微細構造体２１１では、位相遅延量φｈと位相遅延量φｖとに大きな波長依存性があることがわかる。
　したがって、図１４および図１５に示す計算結果を用いて、θ＝±４５°の偏光分離機能、波長分離機能、および集光機能を含む任意の光波面制御に適した位相遅延空間分布に適合するように、微細構造体２１１での形状および配置を決定することができる。
　図１６は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１の他の例を模式的に示す平面図であり、図１７は、図１６に示すXVII-XVII線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。図１６および図１７に示す偏光波長分離レンズ２１は、図１２～図１５で計算結果が示される微細構造体２１１を用いて、θ＝０°，４５°，９０°，－４５°の偏光方向の各々とλ＝４５０，５４０，６４０ｎｍの波長領域の中心波長の各々との組み合わせ毎に集光点が異なる位相分布を設計することで実現することができる。
　図１８～図２０は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１を実現する位相遅延空間分布の一例を示す図である。図１８は、４５０ｎｍの光が入射した場合の位相遅延空間分布の一例を示し、図１９は、５４０ｎｍの光が入射した場合の位相遅延空間分布の一例を示し、図２０は、６４０ｎｍの光が入射した場合の位相遅延空間分布の一例を示す。
　図１８～図２０に示すように、波長成分および偏光方向に応じて異なる位相遅延空間分布を形成することで偏光波長分離レンズ２１を実現することができる。なお、その他の波長分割数およびその他の偏光方向数に対しても同様の設計を適用することができる。
　設計に用いるパラメータは、例えば、画素サイズ、焦点距離、分離する偏光方向、および分離する各波長領域の中心波長などである。画素サイズは、１．０５μｍ×１．０５μｍであり、焦点距離は、５．５μｍであり、分離する偏光方向は、例えば、θ＝０°，４５°，９０°，－４５°であり、分離する各波長領域の中心波長は、例えば、４５０ｎｍ，５４０ｎｍ，６４０ｎｍであるが、かかる例に限定されない。焦点距離は、例えば、偏光波長分離レンズ２１と画素４１との間のｚ軸方向の距離である。
　ここで、偏光波長分離レンズ２１の位相分布の一例は、以下の式（２）で表すことができる。
　上記式（２）において、「ｘ」は、ｘ軸方向の位置であり、「ｙ」は、ｙ軸方向の位置であり、「ｘｆ」は、ｘ軸方向の焦点位置であり、「ｙｆ」は、ｙ軸方向の焦点位置であり、「ｚｆ」は、ｚ軸方向の焦点位置である。また、上記式（２）において、「φ（ｘ，ｙ）」は、位置ｘ，ｙにおける位相遅延量であり、「λｄ」は、分離する波長領域の中心波長であり、「ｎ０」は、透過側の透明層３０の屈折率であり、「Ｃ」は定数である。
　例えば、偏光方向と波長成分との組み合わせが１２個の偏光波長分離レンズ２１（例えば、図１６参照）を設計する場合、集光位置ｘｆ，ｙｆ，ｚｆは、偏光方向と波長成分との組み合わせに応じた１６個の画素４１（例えば、図１６参照）の各々の中心に設定される。
　また、偏光波長分離レンズ２１の位相分布は、偏光方向と中心波長との組み合わせ毎に、ｘ軸方向およびｙ軸方向の各々で隣接する偏光波長分離レンズ２１の位相分布と共に、集光位置を中心にｘ軸方向およびｙ軸方向の各々で対称となるように、位相分布の境界領域が設定される。
　また、定数Ｃは、偏光方向と波長成分との組み合わせ毎に、位相分布のエラーが最小になるように最適化されてもよい。また、図１８～図２０に示す位相遅延空間分布において、上記式（２）で算出された位相遅延量φは、０～２πの範囲に収まるように変換されている。例えば、－０．５πは１．５πに変換され、２．５πは０．５πに変換されている。
　微細構造体２１１の組成構造がもつ各波長における位相遅延量から、上述した１２個（＝４（偏光方向）×３（波長成分））の位相分布に最も適合する構造の微細構造体２１１を位置毎に選んで配置することで、偏光波長分離レンズ２１を得ることができる。位相分布に最も適合する構造は、例えば、位相エラーが最小になる構造であるが、かかる例に限定されない。
　図２１は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１における図１６の領域２１ａの拡大図である。偏光は直交する２偏光方向で表現されることから、図２１に示すように、偏光波長分離レンズ２１では、微細構造体２１１ａと微細構造体２１１ｂとを位置に応じて切り替えて配置される。
　微細構造体２１１ａは、θ＝０°，９０°の偏光方向の分離とＲＧＢ（赤、緑、青）の波長成分の分離とを担う微細構造体２１１であり、微細構造体２１１ｂは、θ＝４５°，－４５°の偏光方向の分離とＲＧＢ（赤、緑、青）の波長成分の分離とを担う微細構造体２１１である。
　図２１に示す偏光波長分離レンズ２１の領域２１ａでは、微細構造体２１１ａと微細構造体２１１ｂとが周期配列方向であるｘ軸方向（左右方向）およびｙ軸方向（上下方向）の各々の方向で交互に配置されている。微細構造体２１１ａと微細構造体２１１ｂとは、互いに線対称軸が４５°異なっており、領域２１ａでは、線対称軸が４５°異なる微細構造体２１１ａと微細構造体２１１ｂとが交互に配置される。
　これにより、偏光波長分離レンズ２１は、小さな入射面積単位で偏光方向を異ならせることができ、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置の画素４１へ入射光をより適切に集光することができる。なお、線対称軸が４５°異なる微細構造体２１１ａと微細構造体２１１ｂとが交互に配置される領域は、偏光波長分離レンズ２１の全域であるが、偏光波長分離レンズ２１の一部の領域であってもよい。
　図２２は、実施の形態１に係る撮像素子３に０°方向の直線偏光が入射された場合の各画素４１の受光強度と波長との関係を示す波長スペクトルの一例を示す図である。図２２の（ａ）では、偏光方向と波長成分との組み合わせがＲｈ、Ｒｖ、Ｒ４５ｈ、Ｒ４５ｖに対応する４つの画素４１における受光強度と波長との関係が示されており、スペクトルのピークは、これらの画素４１が対応するＲ（Ｒｅｄ）の波長領域に存在している。
　図２２の（ｂ）では、偏光方向と波長成分との組み合わせがＧｒｈ、Ｇｒｖ、Ｇｒ４５ｈ、Ｇｒ４５ｖの各々の画素４１における受光強度と波長との関係が示されており、スペクトルのピークは、これらの画素４１が対応するＧｒ（Ｇｒｅｅｎ－Ｒｅｄ）の波長領域に存在している。図２２の（ｃ）では、偏光方向と波長成分との組み合わせがＧｂｈ、Ｇｂｖ、Ｇｂ４５ｈ、Ｇｂ４５ｖの各々の画素４１における受光強度と波長との関係が示されており、スペクトルのピークは、これらの画素４１が対応するＧｂ（Ｇｒｅｅｎ－Ｂｌｕｅ）の波長領域に存在している。
　図２２の（ｄ）では、偏光方向と波長成分との組み合わせがＢｈ、Ｂｖ、Ｂ４５ｈ、Ｂ４５ｖの各々の画素４１における受光強度と波長との関係が示されており、スペクトルのピークは、これらの画素４１が対応するＢ（Ｂｌｕｅ）の波長領域に存在している。
　図２２の（ａ）～（ｄ）に示すように、撮像素子３における偏光波長分離レンズ２１が波長分離機能を有していることを確認することができる。
　また、同一波長成分の画素群では、入射偏光に対応する０°の画素４１の受光強度が最も高く、入射偏光と直交関係にある９０°の画素４１の受光強度が最も低いことがわかる。したがって、偏光波長分離レンズ２１が偏光分離機能を有していることを確認することができる。０°の画素４１は、Ｒｈ、Ｇｒｈ、Ｇｂｈ、Ｂｈの各々の画素４１であり、９０°の画素４１は、Ｒｖ、Ｇｒｖ、Ｇｂｖ、Ｂｖの各々の画素４１である。
　さらに、偏光方向と波長成分との組み合わせに対応する画素４１における受光強度のピークは、同様の画素配列のフィルタアレイを用いた場合の受光強度のピークの上限値である０．６２５（＝１／１６）を超えており、受光量の増加を確認することができる。
　また、偏光波長分離レンズ２１における可視光帯域（４００～７００ｎｍ）にわたる平均透過率は、７７％程度であり、カラーフィルタと偏光フィルタとを重ねた２層構成のフィルタアレイの透過率の概算値である１５～２０％よりも高い。このことからも、偏光波長分離レンズ２１による画素４１への受光量の増加を確認できる。
　図２３および図２４は、実施の形態１に係る撮像素子３に異なる偏光状態および波長の組み合わせの光を垂直に入射した際の画素アレイ４０上における光強度分布の一例を示す図である。
　偏光方向がθ＝０°且つ波長が４５０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ａ）に示すように、Ｂｈの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝０°且つ波長が５４０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ｂ）に示すように、Ｇｒｈ，Ｇｂｈの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝０°且つ波長が６４０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ｃ）に示すように、Ｒｈの画素４１に集光する。
　偏光方向がθ＝９０°且つ波長が４５０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ｄ）に示すように、Ｂｖの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝９０°且つ波長が５４０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ｅ）に示すように、Ｇｒｖ，Ｇｂｖの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝９０°且つ波長が６４０ｎｍである光が入射した場合、図２３の（ｆ）に示すように、Ｒｖの画素４１に集光する。
　偏光がθ＝－４５°且つ波長が４５０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ａ）に示すように、Ｂ４５ｖの画素４１に集光する。偏光がθ＝－４５°且つ波長が５４０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ｂ）に示すように、Ｇｒ４５ｖ，Ｇｂ４５ｖの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝－４５°且つ波長が６４０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ｃ）に示すように、Ｒ４５ｖの画素４１に集光する。
　偏光がθ＝４５°且つ波長が４５０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ｄ）に示すように、Ｂ４５ｈの画素４１に集光する。偏光がθ＝４５°且つ波長が５４０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ｅ）に示すように、Ｇｒ４５ｈ，Ｇｂ４５ｈの画素４１に集光する。偏光方向がθ＝４５°且つ波長が６４０ｎｍである光が入射した場合、図２４の（ｆ）に示すように、Ｒ４５ｈの画素４１に集光する。
　このように、偏光波長分離レンズ２１では、偏光方向と波長成分の組み合わせに対応する画素４１に集光することができることが確認できる。
　実施の形態に係る撮像素子３を搭載した撮像装置１は、上述したように、信号処理部４を有しており、かかる信号処理部４において画質向上の処理が行われる。上述した撮像素子３では、１６個の画素４１で１つの単位構造を形成するため、画素単位のモノクロイメージセンサおよび４画素単位のカラーのイメージセンサなどに比べて、空間解像度が劣化するおそれがあるが、信号処理部４では、デモザイク処理が行われ、これにより、空間解像度の劣化を抑制することができる。
　また、図２２～図２４に示すように、偏光波長分離レンズ２１による分光性能によっては、画素４１間に偏光成分のクロストークと波長成分のクロストークとが存在する。画素４１間の偏光成分のクロストークにより、低い偏光消光比が低くなったり、画素４１間の波長成分のクロストークにより、混色が生じたりするおそれがある。そこで、信号処理部４では、画素アレイ４０から出力される電気信号の値を画素４１毎の偏光特性と受光スペクトル特性とに基づいて補正することで、混色と偏光消光比の低下とを抑制する処理を行う。
　例えば、信号処理部４は、混色の場合、画素４１毎の受光スペクトル特性などからカラー補正行列を作成し、デモザイク処理後の画像の画素値（例えば、３色の場合、３チャンネル）に対して行列演算を行うことでより適切なカラー補正処理を行うことができる。
　また、信号処理部４は、偏光消光比の低下の場合、画素４１毎の偏光特性などから偏光補正行列を作成し、デモザイク処理後の画像の画素値（例えば、４偏光方向の場合、４チャンネル）に対して行列演算を行うことでより適切な偏光補正処理を行うことができる。
　上述した例では、微細構造体２１１において、入射面である上面の形状が長方形状または十字形状である例を説明したが、微細構造体２１１の上面形状は、長方形状または十字形状に限定されない。図２５は、実施の形態１に係る偏光波長分離レンズ２１における微細構造体２１１の上面形状の他の例を示す図である。
　図２５の（ａ）～（ｘ）に示すように、微細構造体２１１の上面形状は、開口を有する形状、間隔を空けて配置された複数の上面から構成される形状、外縁が楕円である形状などの種々の形状に形成することができる。また、上述した長方形状の微細構造体２１１、十字形状の微細構造体２１１、図２５の（ａ）～（ｘ）に示す微細構造体２１１は、その上面形状が、線対称軸を有する２回回転対称軸を有する上面形状であるが、かかる例に限定されない。
　また、微細構造体２１１が柱状形状である場合において、その柱状形状は、ｚ軸方向に直交する方向での断面形状が均一な柱状形状に限定されず、断面形状の一部または全部において異なる構造であってもよい。
　実施の形態１に係る撮像素子３は、図１７に示す構成に限定されない。図２６～図２８は、実施の形態１に係る撮像素子３の他の構成例の断面の一部を模式的に示す図である。図２６に示すように、偏光波長分離レンズ２１は、画素アレイ４０の上方の透明層３０の上部またはＳｉＯ２を材料とする透明層の内部に形成してもよい。
　図２６の（ａ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層であり、微細構造体２１１が透明層３０の上方に配置され、透明基板１０を有していない。図２６の（ｂ）に示す撮像素子３は、透明層３０を含む透明層がＳｉＯ２などを材料とする層であり、透明層３０と透明基板１０とを含む同一材料の透明層の内部に微細構造体２１１が配置されている。図２６の（ｃ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層と空気層とで形成され、微細構造体２１１が透明層３０の上方に配置され、透明基板１０を有していない。
　また、微細構造体２１１は、上述した例では、１層で構成されるが、２層以上で構成されてもよい。例えば、図２７の（ａ）～（ｅ）に示す撮像素子３では、各微細構造体２１１が２層に跨がって形成されている。例えば、図２７の（ａ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層であり、ＳｉＯ２などを材料とする透明層の上面に複数の微細構造体２１１の１層目が配置され、ＳｉＯ２などを材料とする透明層で複数の微細構造体２１１の２層目が覆われている。
　図２７の（ｂ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層であり、透明層３０と透明基板１０とを含む同一材料の透明層の内部に複数の微細構造体２１１が配置されている。図２７の（ｃ）に示す撮像素子３は、ＳｉＯ２などを材料とする透明層の上面と底面とに複数の微細構造体２１１が形成されている。
　図２７の（ｄ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層と空気層とで形成される点で、図２７の（ａ）に示す撮像素子３と異なる。図２７の（ｅ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層と空気層とで形成される点で、図２７の（ｂ）に示す撮像素子３と異なる。
　図２８の（ａ）～（ｅ）に示す撮像素子３では、各微細構造体２１１が３層に跨がって形成されている。例えば、図２８の（ａ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層であり、複数の微細構造体２１１の１層目がＳｉＯ２などを材料とする透明層の上面に配置され、かかる透明層によって複数の微細構造体２１１の２層目および３層目が覆われている。
　図２８の（ｂ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層であり、透明層３０と透明基板１０とを含む同一材料の透明層の内部に複数の微細構造体２１１が配置されている。図２８の（ｃ）に示す撮像素子３は、複数の微細構造体２１１の１層目と３層目がＳｉＯ２などを材料とする透明層の上面と底面とに形成され、微細構造体２１１の２層目がその透明層に配置されている。
　図２８の（ｄ）に示す撮像素子３は、透明層３０がＳｉＯ２などを材料とする層と空気層とで形成される点で、図２８の（ａ）に示す撮像素子３と異なる。図２８の（ｅ）に示す撮像素子３は、複数の微細構造体２１１の１層目と２層目とがＳｉＯ２などを材料とする透明層の内部に配置され、その透明層の底面に複数の微細構造体２１１の３層目が配置されている。
　なお、図２６～図２８に示される撮像素子３は、配線層４２の反対側から受光する裏面照射型の構造であるが、かかる構造に限定されず、撮像素子３は、配線層４２の側から受光する表面照射型の構造であってもよい。また、図２６～図２８などの図面では省略しているが、撮像素子３は、画素アレイ４０と偏光波長分離レンズ２１との間に、内部マイクロレンズとして動作し且つ偏光波長分離レンズ２１を透過した光を画素４１内の光電変換素子へと導く働きをなすＳｉＮまたはＴｉＯ２などからなる高屈折率の凹凸構造を備えてもよい。図２６～図２８に示される構造は、公知の半導体製造技術により作製される。
　図２９は、実施の形態１に係る微細構造体２１１の模式的な一例を示す側面図である。図２９の（ａ）に示す微細構造体２１１は、図６に示す微細構造体２１１と同様の側面を有する。図２９の（ｂ）に示す微細構造体２１１は、２層に跨がって形成されており、中心線が互いに同一且つ互いに形状が同一である微細構造片２１１１，２１１２を有する。
　図２９の（ｃ）に示す微細構造体２１１は、２層に跨がって形成されており、中心線が互いに同一且つ互いに形状が異なる微細構造片２１１１，２１１２を有する。図２９の（ｄ）に示す微細構造体２１１は、２層に跨がって形成されており、中心線が互いに異なり且つ互いに形状が異なる微細構造片２１１１，２１１２を有する。なお、微細構造体２１１の側面形状は図２９に示す例に限定されない。
　また、上述した画素アレイ４０では、同一の波長成分の４つの画素４１がｘ軸方向とｙ軸方向とに隣接して配列されることで、同一の波長成分の４つの画素４１がまとめてされる。かかる配列の画素アレイ４０では、波長成分のクロストークを小さくすることができるが、偏光方向と波長成分の組み合わせに対応する画素４１の配置は、上述した例に限定されない。
　図３０および図３１は、実施の形態に係る撮像素子３の画素アレイ４０の画素４１の配置の他の例を模式的に示す図である。図３０および図３１に示す画素アレイ４０は、同一の偏光方向の４つの画素４１をｘ軸方向とｙ軸方向とに隣接することで、同一の偏光方向の４つの画素４１がまとめて配置されている。このように、図３０および図３１に示す画素アレイ４０では、同一の偏光方向の４つの画素４１がまとめて配置されることから、画素４１間の偏光方向のクロストークを小さくすることができる。
　上述した例では、入射光が撮像素子３の入射面に対して直交する方向で入射する場合の例について説明したが、撮像素子３は、垂直入射対応撮像素子に限定されない。垂直入射対応撮像素子において、入射光が撮像素子３の入射面に対して斜めから入射する場合、画素アレイ４０の中心部と端部では主要となる光入射角度が異なるおそれがある。
　そのため、垂直入射対応撮像素子において、入射光が撮像素子３の入射面に対して斜めから入射すると、光が適切な画素４１に入射せずに、画像劣化の原因になるおそれがある。したがって、実施の形態１では、入射光が撮像素子３の入射面に対して直交する方向で入射する場合、画素アレイ４０の位置に応じて斜め入射に対応した撮像素子である斜め入射対応撮像素子を撮像素子３として用いられる。
　図３２は、実施の形態１に係る撮像素子３の他の例を模式的に示す平面図であり、図３３は、図３２に示すXXXIII-XXXIII線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。図３４は、図３２および図３３に示す撮像素子３への入射光の入射角度θを説明するための図である。図３５は、実施の形態１に係る撮像素子３の他の例を模式的に示す平面図であり、図３６は、図３５に示すXXXVI-XXXVI線に沿った断面の一部を模式的に示す図である。
　図３２および図３３に示す撮像素子３は、斜め入射対応撮像素子であり、偏光波長分離レンズ２１が画素アレイ４０の単位構造（１６個の画素４１）に対してｘ軸方向とｙ軸方向とにシフトした位置に配置される。ｘ軸方向とｙ軸方向とに傾斜角を有する入射角度θ（図３４参照）の入射光に対して、偏光波長分離レンズ２１の集光位置がシフトするため、そのシフトを打ち消すように偏光波長分離レンズ２１の位置をｘ軸方向とｙ軸方向とにシフトすることで、斜入射に対応することができる。
　図３５および図３６に示す撮像素子３は、斜め入射対応撮像素子であり、図３に示す撮像素子３と同様に、偏光波長分離レンズ２１と画素アレイ４０の単位構造（１６個の画素４１）とは対向する位置に配置される。
　図３５および図３６に示す撮像素子３では、入射角度θ（図３４参照）で入射する入射光を直下の画素４１に垂直に入射させるように偏光波長分離レンズアレイ２０を設計し、画素アレイ４０の位置に応じて偏光波長分離レンズアレイ２０を配置する。下記式（３）は、入射角度θをもつ光を真下の画素４１の中心部へと導くレンズの位相分布の式であり、上述した式（２）を用いる場合と同様の設計を行うことで、図３５および図３６に示す撮像素子３の偏光波長分離レンズアレイ２０を設計することができる。
　上記式（３）において、「ｘ」は、ｘ軸方向の位置であり、「ｙ」は、ｙ軸方向の位置であり、「ｘｆ」は、ｘ軸方向の焦点位置であり、「ｙｆ」は、ｙ軸方向の焦点位置であり、「ｚｆ」は、ｚ軸方向の焦点位置である。また、上記式（２）において、「φ（ｘ，ｙ）」は、位置ｘ，ｙにおける位相遅延量であり、「λｄ」は、分離する波長領域の中心波長であり、「ｎｉｎ」は、入射側の材料の屈折率であり、「ｎｏｕｔ」は、出射側の材料の屈折率であり、「Ｃ」は定数である。
［実施の形態２］
　次に、実施の形態２について説明する。図３７は、実施の形態２に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。図３７に示すように、実施の形態２に係る撮像素子３Ａは、画素アレイ４０の上方にカラーフィルタ５０を有する点で、実施の形態１に係る撮像素子３と異なる。
　カラーフィルタ５０は、偏光波長分離レンズアレイ２０と画素アレイ４０との間、より具体的には、画素アレイ４０と透明層３０との間に配置されている。カラーフィルタ５０は、画素４１に対応する波長成分（例えば、色領域）を透過し、その他の波長成分（例えば、色領域）の光をカットするフィルタであり、例えば、画素４１単位または複数の画素４１の単位で設けられる。カラーフィルタ５０は、樹脂などによって構成され、公知の技術によって実現される。
　撮像素子３Ａへの入射光は、偏光波長分離レンズ２１によって波長分離された後に、画素アレイ４０の直上においてカラーフィルタ５０に入射されてフィルタリングされる。カラーフィルタ５０の透過波長成分は、直下の画素４１に対応する波長成分と一致しており、カラーフィルタ５０によって直下の画素４１に対応する波長成分の光が透過する。
　撮像素子３Ａは、上述のようにカラーフィルタ５０が設けられることで、所望の波長成分以外の成分をカットした状態で画素４１の光電変換素子に光を導くことができる。そのため、撮像素子３Ａでは、実施の形態１の撮像素子３と同様の機能を実現しつつも、画素４１間の波長成分のクロストークを大幅に低減することができる。
　なお、偏光波長分離レンズ２１とカラーフィルタ５０とを併用した撮像素子３Ａでは、高い光利用効率を保持することができる。これは、偏光波長分離レンズ２１による色分離後（波長分離後）にカラーフィルタ５０によるフィルタリングが行われるため、画素アレイ４０上に到達する総光量をほとんど減らすことがないためである。
［実施の形態３］
　次に、実施の形態３について説明する。図３８は、実施の形態３に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。図３８に示すように、実施の形態３に係る撮像素子３Ｂは、画素アレイ４０の上方に偏光フィルタ６０を有する点で、実施の形態１に係る撮像素子３と異なる。
　偏光フィルタ６０は、偏光波長分離レンズアレイ２０と画素アレイ４０との間、より具体的には、画素アレイ４０と透明層３０との間に配置されている。偏光フィルタ６０は、画素４１に対応する偏光方向の光を透過し、その他の偏光方向の光をカットするフィルタであり、例えば、画素４１単位または複数の画素４１の単位で設けられる。偏光フィルタ６０は、金属ワイヤーグリッドまたはフォトニック結晶などで構成され、公知の技術によって実現される。
　撮像素子３Ｂへの入射光は、偏光波長分離レンズ２１によって波長分離された後に、画素アレイ４０の直上において偏光フィルタ６０に入射されてフィルタリングされる。偏光フィルタ６０の透過偏光軸は、直下の画素４１に対応する偏光方向と一致しており、偏光フィルタ６０によって直下の画素４１に対応する偏光方向の光が透過する。
　撮像素子３Ｂは、上述のように偏光フィルタ６０を設けられることで、所望の偏光成分以外の成分をカットした状態で画素４１の光電変換素子に光を導くことができる。そのため、撮像素子３Ｂでは、実施の形態１の撮像素子３と同様の機能を実現しつつも、画素４１間の偏光方向のクロストークを大幅に除去でき、偏光消光比を向上させることができる。
　なお、偏光波長分離レンズ２１と偏光フィルタ６０とを併用した撮像素子３Ｂでは、高い光利用効率を保持することができる。これは、偏光波長分離レンズ２１による偏光分離に偏光フィルタ６０によるフィルタリングが行われるため、画素アレイ４０上に到達する総光量をほとんど減らすことがないためである。
［実施の形態４］
　次に、実施の形態４について説明する。図３９は、実施の形態４に係る撮像素子の断面の一部を模式的に示す図である。図３９に示すように、実施の形態４に係る撮像素子３Ｃは、画素アレイ４０の上方にカラーフィルタ５０および偏光フィルタ６０を有する点で、実施の形態１に係る撮像素子３と異なる。
　カラーフィルタ５０は、偏光波長分離レンズアレイ２０と画素アレイ４０との間、より具体的には、画素アレイ４０と透明層３０との間に配置されている。カラーフィルタ５０は、画素４１に対応する波長成分（例えば、色領域）を透過し、その他の波長成分（例えば、色領域）の光をカットするフィルタであり、例えば、画素４１単位または複数の画素４１の単位で設けられる。カラーフィルタ５０は、樹脂などによって構成され、公知の技術によって実現される。
　偏光フィルタ６０は、偏光波長分離レンズアレイ２０と画素アレイ４０との間、より具体的には、画素アレイ４０と透明層３０との間であってカラーフィルタ５０の直上に配置されている。偏光フィルタ６０は、画素４１に対応する偏光方向の光を透過し、その他の偏光方向の光をカットするフィルタであり、例えば、画素４１単位または複数の画素４１の単位で設けられる。偏光フィルタ６０は、金属ワイヤーグリッドまたはフォトニック結晶などで構成され、公知の技術によって実現される。なお、偏光フィルタ６０の配置は、図３９に示す例に限定されず、カラーフィルタ５０と画素アレイ４０との間に偏光フィルタ６０が配置されてもよい。
　撮像素子３Ｃへの入射光は、偏光波長分離レンズ２１によって波長分離された後に、画素アレイ４０の直上において偏光フィルタ６０に入射されて偏光分離される。偏光フィルタ６０の透過偏光軸は、下方の画素４１に対応する偏光方向と一致しており、偏光フィルタ６０によって下方の画素４１に対応する偏光方向の光が透過する。
　偏光フィルタ６０を透過した光は、画素アレイ４０の直上においてカラーフィルタ５０に入射されてフィルタリングされる。カラーフィルタ５０の透過波長成分は、直下の画素４１に対応する波長成分と一致しており、カラーフィルタ５０によって直下の画素４１に対応する波長成分の光が透過する。
　撮像素子３Ｃは、上述したように、偏光フィルタ６０およびカラーフィルタ５０が設けられることで、所望の色成分以外の成分且つ所望の偏光成分以外の成分をカットした状態で画素４１の光電変換素子に光を導くことができる。そのため、撮像素子３Ｃでは、実施の形態１の撮像素子３と同様の機能を実現しつつも、画素４１間の偏光方向のクロストークと画素４１間の波長成分のクロストークとを大幅に低減することができる。
　偏光波長分離レンズ２１とカラーフィルタ５０と偏光フィルタ６０とを併用した撮像素子３Ｃでは、高い光利用効率を保持することができる。これは、偏光波長分離レンズ２１による偏光分離および波長分離（例えば、色分離）の後に偏光フィルタ６０およびカラーフィルタ５０によるフィルタリングが行われるため、画素アレイ４０上に到達する総光量をほとんど減らすことがないためである。
　上述した実施の形態１～４は、本発明の好適な具体例に過ぎず、本発明はこれらに限定されず、種々の変更が可能である。
　例えば、画素サイズ、焦点距離、分離する偏光方向の数および種類、分離する波長成分の数および種類などは、上述した例に限定されず、レンズ設計および要求される空間解像度などに応じて変更可能である。
　また、実施の形態１～４では、偏光波長分離レンズ２１の材料としてＳｉＮまたはＴｉＯ２を用いた例を示したが、かかる例に限定されない。例えば、撮像素子３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃを、光の波長が３８０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の可視光～近赤外領域で用いる場合は、偏光波長分離レンズ２１の材料には、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＧａＮなどの材料が、屈折率が高く、吸収損失が少ないため適している。また、撮像素子３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃを、波長が８００～１０００ｎｍの範囲の近赤外領域で用いる場合は、これらの光に対し低損失な偏光波長分離レンズ２１の材料として、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの材料が適している。また、撮像素子３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃを、長波長帯の近赤外領域（通信波長である１．３μｍまたは１．５５μｍなど）で用いる場合は、上述の材料に加えて、ＩｎＰなどを偏光波長分離レンズ２１の材料として用いることができる。
　また、貼り付け、塗布して偏光波長分離レンズ２１の微細構造体２１１を形成する場合、フッ素化ポリイミドなどのポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、光硬化性樹脂、ＵＶエポキシ樹脂、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂、レジスト全般などのポリマーなどが材料として挙げられる。
　また、実施の形態１～４では、透明層３０の材料としてＳｉＯ２または空気層を想定した例を示したが、かかる例に限定されない。透明層３０の材料は、一般的なガラス材料、ＳｉＯ２、空気層等、屈折率が、偏光波長分離レンズ２１の材料の屈折率より低く、入射光の波長に対して低損失なものであれば足りる。また、透明層３０は、複数の材料からなる積層構造を有する透明層であってもよい。
　実施の形態１～４では、偏光波長分離レンズ２１が分離する偏光成分として、任意の１軸を基準にして、０°、４５°、９０°、－４５°の方向をもつ直線偏光である場合を説明したが、これに限らない。偏光波長分離レンズ２１の微細構造パターンの設計によっては、円偏光成分または楕円偏光成分などの分離も可能であり、直線偏光成分の分離と円偏光成分の分離が混合する構成であってもよい。一例として、０°、４５°、９０°、－４５の方向をもつ直線偏光の分離機能と右回り、左回りの円偏光成分の分離機能をもつそれぞれ３つの偏光ユニット（２つは直線偏光成分をユニットであり、１つは円偏光成分を分離するユニットである。）からなる撮像素子が考え得る。この構成の撮像素子である場合、偏光状態を記述するすべてのストークスパラメータを導出できるため、撮像対象の偏光状態を完全に取得することが可能となる。
　また、実施の形態１～４では、偏光波長分離レンズ２１が対応する３波長領域の光が、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光である場合または偏光波長分離レンズ２１が対応する４波長領域のうちの１つが３原色以外の波長の光である赤外光を例に説明したが、かかる例に限定されない。例えば、偏光波長分離レンズ２１で分光できる波長は、３波長領域のうちの少なくとも１つが３原色以外の波長の光（例えば、赤外光または紫外光など）であってもよく、４波長領域のうちの少なくとも２つが３原色以外の波長の光（例えば、赤外光または紫外光など）であってもよい。
　以上のように、実施形態に係る撮像素子３，３Ａ、３Ｂ，３Ｃは、光電変換素子を含む画素４１が２次元アレイ状に複数配列された画素アレイ４０と、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置へ入射光を集光する複数の微細構造体２１１の周期配列を有する偏光波長分離レンズ２１が２次元アレイ状に配列された偏光波長分離レンズアレイ２０とを有する。偏光波長分離レンズアレイ２０は、分光素子アレイの一例であり、偏光波長分離レンズ２１は、分光素子の一例である。複数の微細構造体２１１の配列周期Ｐは、画素アレイ４０での受光対象となる光の波長より短い。複数の微細構造体２１１の全部または一部は、線対称軸を有し且つ線対称軸の方向と線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を入射光が入射される面として有し、偏光波長分離レンズ２１における位置に応じて線対称軸と構造とが変調されている。これにより、撮像素子３は、カラーフィルタおよび偏光フィルタを用いることなく、入射光の偏光方向と波長とを分離することができることから、部品点数が少なく済み、低コスト化を図ることができる。また、撮像素子３，３Ａ、３Ｂ，３Ｃは、偏光波長分離レンズアレイ２０を用いることで撮像感度を高めることができ、撮像感度を高めた撮像素子の低コスト化を図ることができる。
　また、複数の微細構造体２１１の全部または一部は、線対称軸が、周期配列の配列方向で隣接する微細構造体２１１の線対称軸と４５°異なる。これにより、撮像素子３，３Ａ、３Ｂ，３Ｃは、小さな入射面積単位で偏光方向を異ならせることができ、入射光の偏光方向および波長成分に応じて画素アレイ４０上の異なる位置の画素４１へ入射光をより適切に集光することができる。
　また、複数の微細構造体２１１は、画素アレイ４０の画素配列面に直交する方向における長さが等しい。これにより、複数の微細構造体２１１の作成を容易に行うことができる。
　また、複数の微細構造体２１１は、複数の層に跨がって構成される。これにより、撮像素子３，３Ａ、３Ｂ，３Ｃでは、微細構造体２１１の設計の自由度を向上させることができる。
　以上、本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明したが、本発明は前記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種々変更可能であることは言うまでもない。
　１　撮像装置
　２　レンズ光学系
　３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ　撮像素子
　４　信号処理部
　１０　透明基板
　２０　偏光波長分離レンズアレイ
　２１　偏光波長分離レンズ
　３０　透明層
　４０　画素アレイ
　４１　画素
　４２　配線層
　５０　カラーフィルタ
　６０　偏光フィルタ
　２１１，２１１ａ，２１１ｂ　微細構造体

Claims (8)

  1. 　光電変換素子を含む画素が２次元アレイ状に複数配列された画素アレイと、
    　入射光の偏光方向および波長成分に応じて前記画素アレイ上の異なる位置へ前記入射光を集光する複数の微細構造体の周期配列を有する分光素子が２次元アレイ状に配列された分光素子アレイと、を有し、
    　前記複数の微細構造体の配列周期は、前記画素アレイでの受光対象となる光の波長より短く、
    　前記複数の微細構造体の全部または一部は、線対称軸を有し且つ前記線対称軸の方向と前記線対称軸と直交する方向とで長さが異なる形状を有する面を前記入射光が入射される面として有し、前記分光素子における位置に応じて前記線対称軸と構造とが変調されている
    　ことを特徴とする撮像素子。
  2. 　前記複数の微細構造体の全部または一部は、
    　前記線対称軸が、前記周期配列の配列方向で隣接する微細構造体の線対称軸と４５°異なる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記複数の微細構造体は、
    　前記画素アレイの画素配列面に直交する方向における長さが等しい
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
  4. 　前記複数の微細構造体は、
    　複数の層に跨がって構成される
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
  5. 　前記分光素子アレイは、
    　斜入射された前記入射光を前記画素アレイに集光する
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
  6. 　前記分光素子アレイと前記画素アレイとの間に、カラーフィルタおよび偏光フィルタのうちの少なくとも一方を有する
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
  7. 　請求項１または２に記載の撮像素子と、
    　前記撮像素子の撮像面に光学像を形成するための撮像光学系と、
    　前記撮像素子が出力する電気信号を処理し、偏光方向および波長成分に応じた画像を生成する信号処理部と、を有する
    　ことを特徴とする撮像装置。
  8. 　前記信号処理部は、
    　前記電気信号の値を画素毎の偏光特性と受光スペクトル特性とに基づいて補正する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
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