JP2019200383A - 共振器構造体、撮像素子、および電子機器 - Google Patents

共振器構造体、撮像素子、および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度の分光スペクトルが得られる共振器構造体を提供する。【解決手段】この共振器構造体は、第１の平均屈折率を有する半導体層と、第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、第２の共振器と、第２の反射層とが順に積層されて特定の波長域の光を透過させる積層構造を含むものである。【選択図】図２

Description

本開示は、共振器を有する共振器構造体、ならびにこれを備えた撮像素子および電子機器に関する。
これまでに、厚さの異なるファブリペロ共振器構造を複数設けることにより複数の波長域の光を選択的に透過させることのできる多層干渉フィルタを有する固体撮像装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００６−３５１８００号公報
このようなマルチ分光を行うことのできる撮像素子は、精度の高い分光スペクトルを獲得しつつ、量産性に優れた構造であることが好ましい。
したがって、簡素な構造でありながら、高精度の分光スペクトルが得られる共振器構造体、ならびにそれを備えた撮像素子および電子機器が望まれる。
本開示の一実施形態としての共振器構造体は、第１の平均屈折率を有する半導体層と、第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、第２の共振器と、第２の反射層とが順に積層されて特定の波長域の光を透過させる積層構造を含むものである。また、本開示の一実施形態としての撮像素子および電子機器は、上記共振器構造体を備えたものである。
本開示の一実施形態としての共振器構造体、撮像素子および電子機器によれば、簡素な構造でありながら、高精度の分光スペクトルを得ることができる。
なお、本開示の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。
本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の全体構成例を表す断面模式図である。 図１に示した撮像素子の要部を拡大して表す断面模式図である。 図１に示した撮像素子の共振器フィルタによる分光の周期的な配置の一例を示す図である。 図１に示した撮像素子の製造方法の一工程を表す断面図である。 図４Ａに続く一工程を表す断面図である。 図１に示した共振器構造体を透過する光の透過率における、第１の共振器の厚さ依存性の一例を表す特性図である。 図１に示した共振器構造体における分光特性の一例を表す特性図である。 本開示の第１の実施の形態の第１の変形例に係る撮像素子の全体構成例を表す断面模式図である。 図７に示した撮像素子の要部を拡大して表す断面模式図である。 図７に示した共振器構造体における分光特性を表す特性図である。 図７に示した共振器構造体における分光特性を表す他の特性図である。 本開示の第１の実施の形態の第２の変形例に係る撮像素子の全体構成例を表す断面模式図である。 図１１に示した撮像素子の要部を表す平面模式図である。 本開示の第２の実施の形態に係るカメラモジュールの全体構成例を表す平面模式図である。 図１３に示した撮像素子の要部を拡大して表す断面模式図である。 植物等の育成状態による反射率の分光特性を表す特性図である。 人肌の反射率の分光スペクトル特性を示す図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 本開示の第１の実施の形態の第３の変形例に係る撮像素子の全体構成例を表す断面模式図である。 本開示の第２の実施の形態の第１の変形例に係る撮像素子の全体構成例を表す断面模式図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態：共振器構造体を有する撮像素子の例
２．第１の実施の形態の変形例：共振器構造体を有する撮像素子の変形例
３．第２の実施の形態：複数の撮像素子を備えたカメラモジュールの例
４．撮像装置の適用例
５．内視鏡手術システムへの応用例
６．体内情報取得システムへの応用例
７．移動体への応用例
８．その他の変形例
＜１．第１の実施の形態：撮像素子の例＞
［撮像素子１の構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態としての撮像素子１の全体構成例を表した断面模式図である。図２は、撮像素子１を構成する複数の画素２２のうちの任意の１つの画素２２を拡大して表した断面模式図である。撮像素子１は、例えば可視光分光型のＣＯＭＳイメージセンサである。
図１に示したように、撮像素子１は、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、そのフォトダイオードＰＤに向けて特定の波長域の光を透過させる共振器構造体１０とをそれぞれ有する複数の画素２２（２２−１〜２２−４）を備えている。図１では、４つの画素２２−１〜２２−４を例示しているが、撮像素子１が有する画素２２の数はこれに限定されるものではない。
フォトダイオードＰＤは、例えば半導体基板１２に埋設されている。半導体基板１２の表面１２Ａには、複数の画素２２の各々の駆動に用いられるＭＯＳＦＥＴなどを含む駆動回路を構成する配線１１Ａを含む配線層１１が設けられている。半導体基板１２は、共振器構造体１０を構成する一構成要素であり、第１の平均屈折率Ｎ１を有する。半導体基板１２は、例えばＳｉ（シリコン）などの半導体材料からなる。第１の平均屈折率Ｎ１は、例えば４程度である。なお、本出願でいう「平均屈折率」とは、その対象とする物体、例えば半導体基板１２が異なる屈折率を各々有する２種以上の構成要素からなる場合に、体積比で平均化した屈折率をいう。例えば、半導体基板１２が、第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料と第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料との体積比がＶ１：Ｖ２の混合物である場合、平均屈折率Ｎは、
Ｎ＝（Ｖ１＊ｎ１＋Ｖ２＊ｎ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）
で求められる値である。対象とする物体が３種以上の異なる屈折率を各々有する構成要素からなる場合も同様である。また、対象とする物体が１種の構成要素のみからなる場合は、その構成要素の屈折率が平均屈折率Ｎとなる。
（共振器構造体１０）
共振器構造体１０は、半導体基板１２と、その裏面１２Ｂに設けられた積層構造とを有する。その積層構造は、半導体基板１２の裏面１２Ｂから順に、第１の共振器１３と、第１の反射層１４と、第２の共振器１５と、第２の反射層１６と、透明層１７とが順に積層されたものである。ここで第１の共振器１３は、第１の平均屈折率Ｎ１よりも低い第２の平均屈折率Ｎ２を有する。また、第１の反射層１４は、第２の平均屈折率Ｎ２よりも高い第３の平均屈折率Ｎ３を有する。
第１の共振器１３は、複数の膜が積層された多層膜構造を含むものである。それら複数の膜は、珪素酸化物、珪素窒化物、タンタル酸化物およびアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含む材料からなる。具体的には、第１の共振器１３は、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる第１の膜１３１と、窒化珪素（ＳｉＮ）からなる第２の膜１３２と、二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる第３の膜１３３とが裏面１２Ｂ側から順に積層されたものである。第１の共振器１３の厚さ１３Ｔは、例えば４００ｎｍ以下であることが望ましい。
第１の反射層１４と、第２の共振器１５と、第２の反射層１６とは、いわゆるファブリペロ共振器構造を形成している。このため、第１の反射層１４と、第２の共振器１５と、第２の反射層１６とを透過する光Ｌの透過率に波長選択性が現れることとなる。第１の反射層１４および第２の反射層１６は、いずれも例えば多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、反射膜として機能する。第１の反射層１４の厚さおよび第２の反射層１６の厚さは、いずれも５０ｎｍ以下であるとよい。多結晶シリコン（Ｓｉ）は短波長域での光吸収係数が大きく透過光の透過率が低下する。このため、第１の反射層１４の厚さおよび第２の反射層１６の厚さをいずれも５０ｎｍ以下、例えば３０ｎｍ程度に薄くすることにより、第１の反射層１４および第２の反射層１６での光吸収を最小限度に抑制できる。第２の共振器１５は、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる。この撮像素子１では、第１の反射層１４と、第２の反射層１６と、半導体基板１２とを除き、他は単体シリコン以外の材料からなるとよい。この撮像素子１では、例えば図３に示した画素配列の模式図のように、互いに異なる厚さの第２の共振器１５を含む複数の画素２２が積層面内（積層方向であるＺ軸方向と直交するＸＹ面内）において周期配列されている。なお、図３では、それぞれ異なる厚さ１５Ｔを有する第２の共振器１５を含む画素２２−１〜２２−１６を周期配列した例を表している。図１では、画素２２−１〜２２−１６のうち、厚さ１５Ｔ１〜１５Ｔ４をそれぞれ有する第２の共振器１５を含む画素２２−１〜２２−４を例示している。すなわち、画素２２−１〜２２−１６を１周期分の画素群２２Ｇとして、積層面内において複数の画素群２２Ｇを繰り返し配列するようにしている。ここで、第１の反射層１４と第２の共振器１５と第２の反射層１６とが形成するファブリペロ共振器構造における光Ｌに対する波長選択性は、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔに依存する。このため、第２の共振器１５の厚さが異なる複数の画素２２が図３のように周期配列されていることにより、撮像素子１ではマルチ分光が可能となっている。
透明層１７は、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）を主たる構成材料として有する透明体である。複数の画素２２における透明層１７の表面１７Ｓは、互いに実質的に等しい高さ位置にある。
隣り合う画素２２同士の境界近傍には、遮光層１８，１９がそれぞれ設けられているとよい。遮光層１８は、例えば第１の共振器１３のうちの第３の膜１３３に埋設されている。また、遮光層１８は、例えば半導体基板１２の裏面１２Ｂ近傍に設けられている。隣り合う画素２２同士の間での光漏れを防止し、混色を回避するためである。
透明層１７の表面１７Ｓ上には、例えばモス・アイ（Moth Eye）構造２１が設けられている。透明層１７の表面１７Ｓにおける表面反射を抑制し、スペクトル振動を低減するためである。モス・アイ構造２１は、波長λ以下のピッチ、特に１／３×λ以下のピッチで表面１７Ｓ上に配列された、先が尖がった形状の突起物を複数有する構造である。モス・アイ構造２１は、以下のように形成することができる。まず、例えば図４Ａに示したように、透明層１７の表面１７Ｓを覆うように、例えばスピンコート法により、均質な厚さを有する透明な紫外線硬化樹脂層２１Ｚを塗布する。一方で、所定の凹凸パターン２３Ｐが形成されたモールド２３を用意しておく。モールド２３は、例えばＳｉ基板などの紫外線を透過する基板に、例えば電子線リソグラフィにより形成したレジストパターンを用いてドライエッチングすることにより微細な凹凸パターン２３Ｐを形成したものである。次に、図４Ｂに示したように、凹凸パターン２３Ｐを紫外線硬化樹脂層２１Ｚに押し当てる。さらに、その状態、すなわち、凹凸パターン２３Ｐを紫外線硬化樹脂層２１Ｚに押し当てた状態を維持しつつ、所定時間に亘って所定の強度の紫外線ＵＶを紫外線硬化樹脂層２１Ｚに照射し、紫外線硬化樹脂層２１Ｚを硬化させる。紫外線硬化樹脂層２１Ｚが硬化したのち、モールド２３を除去することにより、モス・アイ構造２１が得られる。
［撮像素子１の作用］
撮像素子１では、例えば第１の共振器１３における共振器長、すなわち、第１の共振器１３のＺ軸方向の寸法である厚さ１３Ｔ（図２参照）を変えることにより、共振器構造体１０を透過する透過光のピーク波長の形状を変えることができる。既に述べたように、第１の共振器１３は、フォトダイオードＰＤを埋設する半導体基板１２と、ファブリペロ共振器構造を形成する第１の反射層１４との間に設けられている。第１の共振器１３の第２の平均屈折率Ｎ２は、半導体基板１２における第１の平均屈折率Ｎ１よりも低く、かつ、第１の反射層１４における第３の平均屈折率Ｎ３よりも低い。このため、第１の共振器１３は干渉性を発現し、共振器構造体１０における透過光に対する波長選択性が向上する。半導体基板１２および第１の反射層１４の構成材料としてはＳｉ（珪素）が好適である。Ｓｉ（珪素）の平均屈折率は約４である。したがって、第１の共振器１３の第２の平均屈折率Ｎ２は、１以上４以下であることが望ましい。第１の共振器１３における十分な干渉効果が得られるからである。第１の共振器１３の第２の平均屈折率Ｎ２は特に１以上２以下であるとよい。第１の共振器１３における干渉効果がよりいっそう向上するからである。
図５は、共振器構造体１０を透過する光の透過率Ｔにおける、第１の共振器１３の厚さ１３Ｔ依存性の一例を表している。図５では、左上のグラフが厚さ１３Ｔ＝１１００ｎｍの場合を表し、右上のグラフが厚さ１３Ｔ＝１１００ｎｍの場合を表し、左下のグラフが厚さ１３Ｔ＝４００ｎｍの場合を表し、右下のグラフが厚さ１３Ｔ＝２００ｎｍの場合を表している。なお、図５は、表面１７Ｓから共振器構造体１０へ入射した光Ｌが共振器構造体１０を透過する際の分光スペクトルを有効フレネル係数法によりシミュレーションした結果を表している。また、図５は、いずれの場合も、半導体基板１２はＳｉ（珪素）からなり、第１の膜１３１はＳｉＯ2からなり、第２の膜１３２はＳｉＯ2からなり、第３の膜１３３はＳｉＯ2からなり、第１の反射層１４は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、第２の共振器１５は厚さ１４７ｎｍのＳｉＯ2からなり、第２の反射層１６は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、透明層１７は厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2からなる場合に相当する。図５に示したように、第１の共振器１３の厚さ１３Ｔが４００ｎｍ以下であれば、透過する光Ｌの透過率分布において４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域に現れる単峰性ピークが得られ、マルチ分光を行う上で好適な波長選択性が得られることがわかる。
撮像素子１では、例えば第２の共振器１５における共振器長、すなわち、第２の共振器１５のＺ軸方向の寸法である厚さ１５Ｔ（図２参照）を変えることにより、共振器構造体１０を透過する可視光のピーク波長の位置を変えることができる。具体的には、撮像素子１では、例えば厚さ１５Ｔを１４７ｎｍから２１５ｎｍの範囲において変化させることにより、青色光、緑色光および赤色光への分光が可能である。
図６は、共振器構造体１０を透過する光Ｌの透過率Ｔにおける、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔ依存性の一例を表している。図６では、曲線Ｒ６１が厚さ１５Ｔ＝１４７ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ６２が厚さ１５Ｔ＝１８０ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ６３が厚さ１５Ｔ＝２１５ｎｍの場合を表している。なお、図６は、半導体基板１２はＳｉ（珪素）からなり、第１の膜１３１は厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2からなり、第２の膜１３２は厚さ５６ｎｍのＳｉＯ2からなり、第３の膜１３３は厚さ２０ｎｍのＳｉＯ2からなり、第１の反射層１４は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、第２の共振器１５はＳｉＯ2からなり、第２の反射層１６は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、透明層１７は厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2からなる場合に対応する。図６に示したように、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔを変化させることにより、例えば青、緑および赤の３色についての分光が可能である。また、各ピークの半値幅も５０ｎｍ以下の狭い幅に抑えることができる。したがって、撮像素子１では、図３に示したように、異なる厚さ１５Ｔを有する第２の共振器１５を含む画素２２−１〜２２−１５を周期配列することにより、マルチ分光が可能となっている。
［撮像素子１の効果］
このように、撮像素子１の共振器構造体１０は、半導体基板１２と、第１の共振器１３と、第１の反射層１４と、第２の共振器１５と、第２の反射層１６とが順に積層されて特定の波長域の光Ｌを透過させるものである。第１の共振器１３は、半導体基板１２における第１の平均屈折率Ｎ１および第１の反射層１４における第３の平均屈折率Ｎ３の双方よりも低い第２の平均屈折率Ｎ２を有する。このため、共振器構造体１０および撮像素子１は、比較的層数の少ない簡素な構成でありながら、高精度の分光スペクトルが得られる。
撮像素子１では、共振器構造体１０のうち、例えば、第１の共振器１３から見て半導体基板１２と反対側に設けられた第２の共振器１５の厚さ１５Ｔに依存して、透過する光Ｌの強度のピーク波長が変化する。撮像素子１では、この性質を利用して、異なる厚さ１５Ｔを有する複数の共振器構造体１０を含む画素２２を周期配列するようにしたので、マルチ分光を行うことができる。
特に、共振器構造体１０では、第１の共振器１３の厚さ１３Ｔが４００ｎｍ以下とすることにより、透過する光Ｌの透過率分布において４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域に現れる単峰性ピークが得られ、マルチ分光を行う上で好適な波長選択性が得られる。
また、共振器構造体１０では、第１の反射層１４の厚さおよび第２の反射層１６の厚さをそれぞれ５０ｎｍ以下とすることにより、第１の反射層１４および第２の反射層１６での光吸収を最小限度に抑制できる。
＜２．第１の実施の形態の変形例：撮像素子の変形例＞
（２．１ 第１の変形例）
［撮像素子１Ａの構成］
図７は、本開示の第１の実施の形態の第１の変形例としての撮像素子１Ａの全体構成例を表した断面模式図である。図８は、撮像素子１Ａを構成する複数の画素２２のうちの任意の１つの画素２２を拡大して表した断面模式図である。撮像素子１Ａは、例えば赤外光分光型のＣＯＭＳイメージセンサである。
上記第１の実施の形態における撮像素子１では、３層構造の第１の共振器１３を例示して説明した。これに対し、本変形例としての撮像素子１Ａは、４層構造の第１の共振器１３Ａを含む共振器構造体１０Ａを有するものである。具体的には、共振器構造体１０Ａにおける第１の共振器１３Ａは、第１の膜１３１と、第２の膜１３２と、第３の膜１３３と、第４の膜１３４とが裏面１２Ｂ側から順に積層されたものである。第１の膜１３１および第４の膜１３４は、いずれも、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる。第２の膜１３２は、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯ）からなる。第３の膜１３３は、例えば酸化タンタル（ＴａＯ）からなる。第１の共振器１３Ａの厚さ１３ＡＴは、例えば４００ｎｍ以下であることが望ましい。第１の共振器１３Ａは、半導体基板１２における第１の平均屈折率Ｎ１および第１の反射層１４における第３の平均屈折率Ｎ３の双方よりも低い第２の平均屈折率Ｎ２を有する。
また、撮像素子１Ａは、透明層１７の表面１７Ｓ上に、モス・アイ構造２１の代わりに可視光カットフィルタ２４を有している。
これらの点を除き、変形例１としての撮像素子１Ａは、撮像素子１と実質的に同じ構成を有する。
［撮像素子１Ａの作用］
撮像素子１Ａにおける共振器構造体１０Ａは、例えば全体の厚さが１μｍ以下であり、混色が十分に抑制されるものである。さらに、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔを例えば２５０ｎｍから３５０ｎｍの範囲において変化させることにより、赤外光の分光を行うことができる。
図９は、共振器構造体１０Ａを透過する光Ｌの透過率Ｔにおける、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔ依存性の一例を表す特性図である。図９では、曲線Ｒ９１が厚さ１５Ｔ＝２５０ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ９２が厚さ１５Ｔ＝２７５ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ９３が厚さ１５Ｔ＝３００ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ９４が厚さ１５Ｔ＝３２５ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ９５が厚さ１５Ｔ＝３５０ｎｍの場合を表している。なお、図９は、半導体基板１２はＳｉ（珪素）からなり、第１の膜１３１は厚さ１ｎｍのＳｉＯ2からなり、第２の膜１３２は厚さ７ｎｍのＡｌＯからなり、第３の膜１３３は厚さ５４ｎｍのＴａＯからなり、第４の膜１３４は厚さ２０ｎｍのＳｉＯ2からなり、第１の反射層１４は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、第２の共振器１５はＳｉＯ2からなり、第２の反射層１６は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、透明層１７は厚さ１１０ｎｍのＳｉＯ2からなる場合に対応する。
また、撮像素子１Ａにおける共振器構造体１０Ａでは、高次モードのファブリペロ構造として、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔを例えば５００ｎｍから６２５ｎｍの範囲において変化させることにより、各ピークの半値幅の狭い分光スペクトルを得ることができる。
図１０は、共振器構造体１０Ａを透過する光Ｌの透過率Ｔにおける、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔ依存性の一例を表す他の特性図である。図１０では、曲線Ｒ１０１が厚さ１５Ｔ＝５００ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０２が厚さ１５Ｔ＝５２５ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０３が厚さ１５Ｔ＝５５０ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０４が厚さ１５Ｔ＝５７５ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０５が厚さ１５Ｔ＝６００ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０６が厚さ１５Ｔ＝６２５ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０７が厚さ１５Ｔ＝６５０ｎｍの場合を表し、曲線Ｒ１０８が厚さ１５Ｔ＝６７５ｎｍの場合を表している。なお、図１０は、半導体基板１２はＳｉ（珪素）からなり、第１の膜１３１は厚さ１ｎｍのＳｉＯ2からなり、第２の膜１３２は厚さ７ｎｍのＡｌＯからなり、第３の膜１３３は厚さ５４ｎｍのＴａＯからなり、第４の膜１３４は厚さ２０ｎｍのＳｉＯ2からなり、第１の反射層１４は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、第２の共振器１５はＳｉＯ2からなり、第２の反射層１６は厚さ３１ｎｍの多結晶シリコン（Ｓｉ）からなり、透明層１７は厚さ１１０ｎｍのＳｉＯ2からなる場合に対応する。
［撮像素子１Ａの効果］
図９および図１０に示したように、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔを変化させることにより、赤外領域において例えば５つの異なるピーク波長を有する光に分光が可能である。なお、共振器構造体１０Ａにおける分光スペクトルには可視光のピークも含まれる。このため、共振器構造体１０Ａに入射する光Ｌのうちの可視光領域Ｒ２４の成分を可視光カットフィルタ２４により除去することで、撮像素子１Ａでは赤外領域のみの分光スペクトルを得ることができる。
また、第１の共振器１３Ａは、半導体基板１２における第１の平均屈折率Ｎ１および第１の反射層１４における第３の平均屈折率Ｎ３の双方よりも低い第２の平均屈折率Ｎ２を有する。このため、共振器構造体１０Ａおよび撮像素子１Ａは、簡素な構造でありながら、高精度の分光スペクトルが得られる。
（２．２ 第２の変形例）
［撮像素子１Ｂの構成］
図１１は、本開示の第１の実施の形態の第２の変形例としての撮像素子１Ｂの全体構成例を表した断面模式図である。図１２は、撮像素子１Ｂを構成する共振器構造体１０Ｂのうちの、第２の共振器１５の構成例を模式的に表す平面図である。
上記第１の実施の形態における撮像素子１では、第２の共振器１５の厚さ１５Ｔが異なる複数の画素を周期配列することにより、各画素２２を透過する光Ｌの強度のピーク波長を変化させ、マルチ分光を行うようにした。これに対し、本変形例としての撮像素子１Ｂでは、複数の画素２２における共振器長、すなわち第２の共振器１５の厚さ１５Ｔを一定にしつつ、各画素２２の第２の共振器１５において、画素２２ごとに異なる微細構造体を形成するようにした。具体的には、第２の共振器１５が、第１の屈折率を有する第１の部分１５１と、積層面内（ＸＹ面内）において第１の部分１５１に分散配置されると共に第２の屈折率を有する、微細構造体としての第２の部分１５２とを含むようにした。これにより第２の共振器１５は、積層面内において屈折率分布を有するようにした。なお、ここでいう屈折率分布を有する、とは、第２の共振器１５が画素２２ごとに異なる実効屈折率を有する、という意味である。ここで、第１の部分１５１は、例えばＳｉ3Ｎ4からなり、第２の部分１５２は、例えばＳｉＯ2からなる。図１２では、第２の共振器１５における第１の部分１５１と第２の部分１５２との存在比率が互いに異なる１６種類の画素２２−１〜２２−１６がマトリクス状に周期配列された状態を例示している。
［撮像素子１Ｂの作用効果］
第１の実施の形態の第２の変形例としての撮像素子１Ｂにおいても、１６種類の異なるピーク波長を有する分光スペクトルを得ることができる。
＜３．第２の実施の形態：カメラモジュールの例＞
［カメラモジュール２の構成］
図１３は、本開示の第２の実施の形態としてのカメラモジュール２の全体構成例を表した平面模式図である。図１４は、カメラモジュール２を構成する複数の撮像素子１Ｃ（１Ｃ１〜１Ｃ９）のうちの任意の１つを拡大して表した断面模式図である。撮像素子１Ｃは、例えば可視光分光型のＣＯＭＳイメージセンサである。
このカメラモジュール２では、ＸＹ面内において例えば３行３列で配列された９つの撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９を備えている。撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９は、いずれも、モス・アイ構造２１の代わりに透明層１７の表面１７Ｓ上に設けられた結像レンズ２５をそれぞれ有している。ここでは、撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９の各々における複数の画素２２に対し、１つの結像レンズ２５が共通に設けられている。結像レンズ２５は、共振器構造体１０Ｃへ向かう光Ｌ（Ｌ１〜Ｌ９）に屈折力を与えるものである。なお、撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９における各結像レンズ２５の形状や屈折力はいずれも同一であってもよいし互いに異なっていてもよい。この点を除き、撮像素子１Ｃ（１Ｃ１〜１Ｃ９）は、上記第１の実施の形態における撮像素子１と実質的に同じ構成を有する。
撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９における共振器構造体１０Ｃは、ピーク波長の異なる光Ｌ、すなわち、波長λ１〜λ９を有する光Ｌ１〜Ｌ９をそれぞれ選択的に透過させるものである。したがって撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９は、波長λ１〜λ９を有する光Ｌ１〜Ｌ９をそれぞれ選択的に取得するものである。
［カメラモジュール２の作用効果］
このように、カメラモジュール２は、それぞれ取得する波長の異なる複数の撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９を備えるものである。各撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９は、上記第１の実施の形態で説明したように、比較的層数の少ない簡素な構成を有するので、カメラモジュール２全体としても簡素化、薄型化を図ることができる。よって、カメラモジュール２は、簡易な製造プロセスにより製造でき、量産化に資する。また、共振器構造体１０Ｃにおいて高精度の分光スペクトルが得られるので、カメラモジュール２における撮像性能も向上する。
＜４．撮像装置の適用例＞
続いて図１５および図１６を参照して、撮像素子１が適用可能なアプリケーションについて説明する。
［４.１ 農作物等の育成状態観測への適用例］
撮像素子１は、農作物や植物（以下、植物等という。）の育成などの正規化差植生指数（ＮＤＶＩ：Normalized Difference Vegetation Index）を測定するためのマルチ分光またはハイパースペクトル分光を行う分光装置に用いることができる。図１５は、植物等の育成状態による反射率の分光特性を示すものである。
図１５に示したように、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において、植物等は、その育成状態によって異なる反射率分布を有している。すなわち、植物等が健康であるか、弱った状態であるか、枯れた状態であるかによって異なる反射率分布を示している。この反射率分布は主として植物等の葉における反射光によるものである。図１５の反射率分布の結果から、少なくとも波長６００ｎｍ〜８００ｎｍを含む波長域において、植物等からの２以上の光についての分光特性を取得することにより、植物等の育成状態（植生状態）を感知できることができる。
例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長域を検出可能な撮像素子１と、波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長域を検出可能な他の撮像素子１との２つを用いて、２つの信号値の関係から植生状態を感知することができる。または、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長域を検出可能な撮像素子１と、波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の波長域を検出可能な他の撮像素子１との２つを用いて、２つの信号値の関係から植生状態を感知することができる。さらに、検出精度の向上を図るために、３つ以上の撮像素子１を用いて、３つ以上の複数の波長域を検出して、それらの信号値の関係から植生状態を感知してもよい。
このような波長域を検出可能な撮像素子１を、例えば、小型無人航空機（いわゆるドローン）に搭載して、上空から農作物の育成状態を観測して、作物の育成を管理し、制御することができる。
［４.２ 生体認証への適用例］
撮像素子１は、例えば、生体認証において人肌の反射率を測定するために、光の３原色以上の多帯域で複数の分光が行われるマルチ分光またはハイパースペクトル分光を行う分光装置に用いることができる。図１６は、人肌の反射率の分光スペクトル特性を示すものである。
図１６に示したように、特に波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲において反射率が大きく変化することが判る。これらの変化から、被写体が人肌かどうかの認証が可能となる。
例えば、３つの撮像素子１を用いて、波長４５０ｎｍｎｍ、波長５５０ｎｍ、および波長６５０ｎｍの３分光を検知することにより、被写体が人肌かどうかの認証を可能とすることができる。例えば、被写体が人肌でない別の材料の場合、反射率の分光特性が変わるため、人肌と区別することができる。
したがって、このような波長域を検出可能な撮像素子１を、例えば、生体認証装置に搭載することで、顔や指紋、虹彩などの偽造防止に応用することができ、より精度の高い生体認証を可能とすることができる。
［４.３ 電子機器への適用例］
上述したような撮像素子１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図１７は、電子機器に搭載される撮像装置１０１の構成例を示すブロック図である。図１７に示したように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
撮像素子１０３としては、上述した撮像素子１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置１０１では、上述した撮像素子１を適用することで、簡素な構成でありながら、より高精度の分光スペクトルが得られる。したがって、より高画質な画像を撮像することができる。
＜５．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図１９は、図１８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）、ＣＣＵ１１２０１（の画像処理部１１４１２）等）に適用され得る。具体的には、例えば、撮像素子１は、撮像部１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜６．体内情報取得システムへの応用例＞
図２０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図２０では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ(Noise reduction)処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１０１１２に適用され得る。具体的には、図１の撮像素子１は、撮像部１０１１２に適用することができる。撮像部１０１１２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、検査の精度が向上する。
＜７．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、例えば自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には図１の撮像素子１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
＜８．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記第１の実施の形態の撮像素子１，１Ａでは、第１の共振器１３，１３Ａが３層構造もしくは４層構造の場合を例示したが、本開示はそれに限定されるものではなく、第１の共振器の積層数は任意に設定可能である。また、共振器構造体の各層の構成材料や厚さについても上述したものに限定されず、任意に設定可能である。
また、上記第１の実施の形態の撮像素子１，１Ａでは、透明層１７の表面１７Ｓ上にモス・アイ構造２１を設けるようにしたが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば図２３に示した第１の実施の形態の第３の変形例に係る撮像素子１Ｄのように、透明層１７の表面１７Ｓ上に画素２２ごとにオンチップレンズ２６を設けるようにしてもよい。
また、上記第２の実施の形態の撮像素子１Ｃ１〜１Ｃ９では、透明層１７の表面１７Ｓ上に結像レンズ２５を設けるようにしたが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば図２４に示した第２の実施の形態の第１の変形例に係る撮像素子１Ｅのように、透明層１７の表面１７Ｓと結像レンズ２５との間に空間を設けるようにしてもよい。撮像素子１Ｅは、表面１７Ｓ上にモス・アイ構造２１をさらに設けるようにしている。但し、モス・アイ構造２１の代わりに、表面１７Ｓ上にオンチップレンズを設けるようにしてもよい。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
第１の平均屈折率を有する半導体層と、
前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
第２の共振器と、
第２の反射層と
が順に積層されて特定の波長域の光を透過させる積層構造
を含む
共振器構造体。
（２）
前記第２の平均屈折率は、１以上４以下である
上記（１）記載の共振器構造体。
（３）
前記第２の平均屈折率は、１以上２以下である
上記（１）記載の共振器構造体。
（４）
前記第２の共振器は、積層面内において屈折率分布を有する
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
（５）
前記第２の共振器は、
第１の屈折率を有する第１の部分と、積層面内において前記第１の部分に分散配置されると共に第２の屈折率を有する第２の部分と
を含む
上記（４）記載の共振器構造体。
（６）
前記第１の共振器の厚さは４００ｎｍ以下である
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
（７）
前記第１の反射層および前記第２の反射層が多結晶シリコンを含む材料からなる
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
（８）
前記第１の反射層の厚さおよび前記第２の反射層の厚さは、いずれも５０ｎｍ以下である
上記（７）記載の共振器構造体。
（９）
前記第１の反射層および前記第２の反射層が多結晶シリコンを含む材料からなり、前記第１の反射層と前記第２の反射層と前記半導体層とを除き、他は単体シリコン以外の材料からなる
上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
（１０）
前記第１の反射層の厚さおよび前記第２の反射層の厚さは、いずれも５０ｎｍ以下である
上記（９）記載の共振器構造体。
（１１）
可視光の透過を抑制する可視光カットフィルタをさらに有する
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
（１２）
前記第１の共振器は、複数の膜が積層された多層膜構造を含む
上記（１）から（１１）のいずれか１つに記載の共振器構造体。
請求項１記載の共振器構造体。
（１３）
前記第１の共振器における前記複数の膜は、珪素酸化物、珪素窒化物、タンタル酸化物およびアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含む材料からなる
上記（１２）に記載の共振器構造体。
（１４）
光電変換部と、前記光電変換部に向けて特定の波長域の光を透過させる共振器構造体とをそれぞれ有する複数の画素を備え、
前記共振器構造体は、
前記光電変換部を内蔵し、第１の平均屈折率を有する半導体基板と、
前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
第２の共振器と、
第２の反射層と
が順に積層された積層構造を含む
撮像素子。
（１５）
隣り合う前記複数の画素同士の間に遮光層をさらに備えた
上記（１４）記載の撮像素子。
（１６）
前記複数の画素には、前記共振器構造体へ向かう光に屈折力を与えるレンズが設けられており、
前記複数の画素における各々の前記共振器構造体は、互いに異なる波長域の光を透過させるものである
上記（１４）または（１５）記載の撮像素子。
（１７）
撮像素子を備え、
前記撮像素子は、
光電変換部と、前記光電変換部に向けて特定の波長域の光を透過させる共振器構造体とをそれぞれ有する複数の画素を有し、
前記共振器構造体は、
前記光電変換部を内蔵し、第１の平均屈折率を有する半導体基板と、
前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
第２の共振器と、
第２の反射層と
が順に積層された積層構造を含む
電子機器。
１，１Ａ〜１Ｅ…撮像素子、１０…共振器構造体、１１…配線層、１１Ａ…配線、１２…半導体基板、１３…第１の共振器、１４…第１の反射層、１５…第２の共振器、１６…第２の反射層、１７…透明層、１８，１９…遮光層、２１…モス・アイ構造、２２…画素、２３…モールド、２４…可視光カットフィルタ、２５…結像レンズ、２６…オンチップレンズ、ＦＤ…フォトダイオード。

Claims (17)

  1. 第１の平均屈折率を有する半導体層と、
    前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
    前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
    第２の共振器と、
    第２の反射層と
    が順に積層されて特定の波長域の光を透過させる積層構造
    を含む
    共振器構造体。
  2. 前記第２の平均屈折率は、１以上４以下である
    請求項１記載の共振器構造体。
  3. 前記第２の平均屈折率は、１以上２以下である
    請求項１記載の共振器構造体。
  4. 前記第２の共振器は、積層面内において屈折率分布を有する
    請求項１記載の共振器構造体。
  5. 前記第２の共振器は、
    第１の屈折率を有する第１の部分と、積層面内において前記第１の部分に分散配置されると共に第２の屈折率を有する第２の部分と
    を含む
    請求項４記載の共振器構造体。
  6. 前記第１の共振器の厚さは４００ｎｍ以下である
    請求項１記載の共振器構造体。
  7. 前記第１の反射層および前記第２の反射層が多結晶シリコンを含む材料からなる
    請求項１記載の共振器構造体。
  8. 前記第１の反射層の厚さおよび前記第２の反射層の厚さは、いずれも５０ｎｍ以下である
    請求項７記載の共振器構造体。
  9. 前記第１の反射層および前記第２の反射層が多結晶シリコンを含む材料からなり、前記第１の反射層と前記第２の反射層と前記半導体層とを除き、他は単体シリコン以外の材料からなる
    請求項１記載の共振器構造体。
  10. 前記第１の反射層の厚さおよび前記第２の反射層の厚さは、いずれも５０ｎｍ以下である
    請求項９記載の共振器構造体。
  11. 可視光の透過を抑制する可視光カットフィルタをさらに有する
    請求項１記載の共振器構造体。
  12. 前記第１の共振器は、複数の膜が積層された多層膜構造を含む
    請求項１記載の共振器構造体。
  13. 前記第１の共振器における前記複数の膜は、珪素酸化物、珪素窒化物、タンタル酸化物およびアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含む材料からなる
    請求項１２記載の共振器構造体。
  14. 光電変換部と、前記光電変換部に向けて特定の波長域の光を透過させる共振器構造体とをそれぞれ有する複数の画素を備え、
    前記共振器構造体は、
    前記光電変換部を内蔵し、第１の平均屈折率を有する半導体基板と、
    前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
    前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
    第２の共振器と、
    第２の反射層と
    が順に積層された積層構造を含む
    撮像素子。
  15. 隣り合う前記複数の画素同士の間に遮光層をさらに備えた
    請求項１４記載の撮像素子。
  16. 前記複数の画素には、前記共振器構造体へ向かう光に屈折力を与えるレンズが設けられており、
    前記複数の画素における各々の前記共振器構造体は、互いに異なる波長域の光を透過させるものである
    請求項１４記載の撮像素子。
  17. 撮像素子を備え、
    前記撮像素子は、
    光電変換部と、前記光電変換部に向けて特定の波長域の光を透過させる共振器構造体とをそれぞれ有する複数の画素を有し、
    前記共振器構造体は、
    前記光電変換部を内蔵し、第１の平均屈折率を有する半導体基板と、
    前記第１の平均屈折率よりも低い第２の平均屈折率を有する第１の共振器と、
    前記第２の平均屈折率よりも高い第３の平均屈折率を有する第１の反射層と、
    第２の共振器と、
    第２の反射層と
    が順に積層された積層構造を含む
    電子機器。
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