JP6789792B2 - 撮像素子、電子機器 - Google Patents

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Description

本技術は撮像素子、電子機器に関し、例えば、特定の波長の電磁波成分のみを選択的に取り出し、複数色の画像を生成することができる撮像素子、電子機器に関する。
近年、デジタルスチルカメラやカムコーダなど、被写体を撮像素子で撮影して画像化する電子デバイスが増えてきている。現在主流の撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等が存在する。なお、以下、これらの撮像素子をまとめてイメージセンサと称する。イメージセンサは、可視波長から近赤外線波長まで幅広い感度を有する。
しかしながら、イメージセンサは、人間の目のように色情報の区別、例えば赤の光と青の光を区別することはできない。そのため、従来のイメージセンサでは、赤(R),緑(G),青(B)や補色（シアン(Cy),マゼンタ(Mg),イエロー（Ye）,緑（G））など特定波長の電磁波のみを透過するカラーフィルタが、各画素の前面に造りこまれている。このような従来のイメージセンサを使用することで、透過光強度から各色の強度情報を取得し、各色の強度情報に対して信号処理等を行うことによりカラー画像化が行われている。
このような従来のイメージセンサで採用されるカラーフィルタには、顔料や染料などの有機素材が用いられていることが多い。しかしながら、これらのカラーフィルタの構成元素である炭素や水素を含む分子の結合エネルギーは、紫外線エネルギーと同程度である。よって、これらのカラーフィルタが、高エネルギーの光を長時間照射すると、炭素結合や炭素と水素間の結合が破壊される場合がある。そのため紫外線を含む太陽光に曝される屋外での長時間使用や、紫外線が特に強い環境下での使用等により、カラーフィルタの透過特性に変化が生じる。その結果、撮像画像の色再現の特性劣化が生じる可能性がある。
そこで、無機物質やフォトニック結晶を使ったカラーフィルタも徐々に実用化されつつある（例えば特許文献１、２参照）。さらにまた、ワイヤーグリッドや金属光学フィルタと称されるカラーフィルタも登場してきている（例えば、非特許文献１乃至３参照）。
再表２００６／０２８１２８号公報 再表２００５／０１３３６９号公報
Quasioptical Systems, Paul F. Goldsmith, IEEE Press, ISBN 0-7803-3439-6 J. Opt. Soc. Am. A, P.B.Catrysse & B.A.Wandell, Vol.20, No.12, December 2003, p.2293-2306 Nanotechnology, Seh-Won Ahn et al.,Vol.16, 1874-1877, 2005 (LG)
イメージセンサにおいて、特定の波長の電磁波成分のみを選択的に取り出す技術を、物理的、化学的に安定、低コストで実現することが要求されている。しかしながら、特許文献１、２、非特許文献２乃至３を含む従来のカラーフィルタでは、このような要求に充分に応えられていない現状である。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特定の電磁波波長を選択的に取り出し、複数色の画像を生成することができるようにするものである。
本技術の一側面の撮像素子は、第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素とを備え、前記第１の画素と前記第２の画素は、横方向および縦方向のそれぞれにおいて交互に配置されている。
本技術の一側面の電子機器は、撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部とを備え、前記撮像素子は、第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素とを備え、前記第１の画素と前記第２の画素は、横方向および縦方向のそれぞれにおいて交互に配置されている。
本技術の一側面の撮像素子においては、第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素とが備えられる。第１の画素と第２の画素は、横方向および縦方向のそれぞれにおいて交互に配置されている。
本技術の一側面の電子機器においては、前記撮像素子が含まれる構成とされている。
なお、電子機器は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
本技術の一側面によれば、定の電磁波波長を選択的に取り出し、複数色の画像を生成することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。 撮像素子の回路の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の第１の実施の形態の構成例を模式的に示す断面図である。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第１の例を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第２の例を示すグラフである。 プラズモンモードと導波管モードを示すグラフである。 表面プラズモンの伝搬特性の例を示すグラフである。 ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの他の構成例を示す図である。 ２層構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。 ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの構成例を示す図である。 ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。 撮像素子の第２の実施の形態の構成例を模式的に示す断面図である。 撮像装置のフレアの発生の様子を模式的に示す図である。 撮像装置のフレアの低減方法を説明するための図である。 狭帯域フィルタと透過フィルタの分光特性の第１の例を示すグラフである。 狭帯域フィルタと透過フィルタの分光特性の第２の例を示すグラフである。 狭帯域フィルタと透過フィルタの分光特性の第３の例を示すグラフである。 撮像素子の第３の実施の形態の構成例を模式的に示す断面図である。 マルチスペクトル画素を含む色配置について説明するための図である。 マルチスペクトル画素からの出力について説明するための図である。 Ｇ画素からの出力について説明するための図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 Ｗ画素からの出力について説明するための図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 マルチスペクトル画素からの出力について説明するための図である。 混色について説明するための図である。 混色の改善について説明するための図である。 混色の改善について説明するための図である。 信号処理部の構成例を示す図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 マルチスペクトル画素を含む他の色配置について説明するための図である。 本技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。 本技術の応用例を示す図である。 食品のうまみや鮮度を検出する場合の検出帯域の例を示す図である。 果物の糖度や水分を検出する場合の検出帯域の例を示す図である。 プラスチックの分別を行う場合の検出帯域の例を示す図である。 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。 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。
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。
＜第１の実施の形態＞
まず、図１乃至図２２を参照して、本技術の第１の実施の形態について説明する。
＜撮像装置の構成例＞
図１は、本技術を適用した電子機器の一種である撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
図１の撮像装置１０は、例えば、静止画及び動画のいずれも撮像することが可能なデジタルカメラからなる。また、撮像装置１０は、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）の３つの波長帯域（３バンド）より多い４以上の波長帯域（４バンド以上）の光（マルチスペクトル）を検出可能なマルチスペクトルカメラからなる。
撮像装置１０は、光学系１１、撮像素子１２、メモリ１３、信号処理部１４、出力部１５、及び、制御部１６を備える。
光学系１１は、例えば、図示せぬズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り等を備え、外部からの光を、撮像素子１２に入射させる。また、光学系１１には、必要に応じて偏光フィルタ等の各種のフィルタが設けられる。
撮像素子１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサからなる。撮像素子１２は、光学系１１からの入射光を受光し、光電変換を行って、入射光に対応する画像データを出力する。
メモリ１３は、撮像素子１２が出力する画像データを一時的に記憶する。
信号処理部１４は、メモリ１３に記憶された画像データを用いた信号処理（例えば、ノイズの除去、ホワイトバランスの調整等の処理）を行い、出力部１５に供給する。
出力部１５は、信号処理部１４からの画像データを出力する。例えば、出力部１５は、液晶等で構成されるディスプレイ（不図示）を有し、信号処理部１４からの画像データに対応するスペクトル（画像）を、いわゆるスルー画として表示する。例えば、出力部１５は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体を駆動するドライバ（不図示）を備え、信号処理部１４からの画像データを記録媒体に記録する。例えば、出力部１５は、図示せぬ外部の装置との通信を行う通信インタフェースとして機能し、信号処理部１４からの画像データを、外部の装置に無線又は有線で送信する。
制御部１６は、ユーザの操作等に従い、撮像装置１０の各部を制御する。
＜撮像素子の回路の構成例＞
図２は、図１の撮像素子１２の回路の構成例を示すブロック図である。
撮像素子１２は、画素アレイ３１、行走査回路３２、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３３、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）３４、カラムＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路３５、列走査回路３６、及び、センスアンプ３７を備える。
画素アレイ３１には、複数の画素５１が２次元に配列されている。
画素５１は、行走査回路３２に接続される水平信号線Ｈと、カラムＡＤＣ回路３５に接続される垂直信号線Ｖとが交差する点にそれぞれ配置されており、光電変換を行うフォトダイオード６１と、蓄積された信号を読み出すための数種類のトランジスタを備える。すなわち、画素５１は、図２の右側に拡大して示されているように、フォトダイオード６１、転送トランジスタ６２、フローティングディフュージョン６３、増幅トランジスタ６４、選択トランジスタ６５、及び、リセットトランジスタ６６を備える。
フォトダイオード６１に蓄積された電荷は、転送トランジスタ６２を介してフローティングディフュージョン６３に転送される。フローティングディフュージョン６３は、増幅トランジスタ６４のゲートに接続されている。画素５１が信号の読み出しの対象となると、行走査回路３２から水平信号線Ｈを介して選択トランジスタ６５がオンにされ、選択された画素５１の信号は、増幅トランジスタ６４をソースフォロワ（Source Follower）駆動することで、フォトダイオード６１に蓄積された電荷の蓄積電荷量に対応する画素信号として、垂直信号線Ｖに読み出される。また、画素信号はリセットトランジスタ６６をオンすることでリセットされる。
行走査回路３２は、画素アレイ３１の画素５１の駆動（例えば、転送、選択、リセット等）を行うための駆動信号を、行ごとに順次、出力する。
ＰＬＬ３３は、外部から供給されるクロック信号に基づいて、撮像素子１２の各部の駆動に必要な所定の周波数のクロック信号を生成して出力する。
ＤＡＣ３４は、所定の電圧値から一定の傾きで電圧が降下した後に所定の電圧値に戻る形状（略鋸形状）のランプ信号を生成して出力する。
カラムＡＤＣ回路３５は、比較器７１及びカウンタ７２を、画素アレイ３１の画素５１の列に対応する個数だけ有しており、画素５１から出力される画素信号から、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）動作により信号レベルを抽出して、画素データを出力する。すなわち、比較器７１が、ＤＡＣ３４から供給されるランプ信号と、画素５１から出力される画素信号（輝度値）とを比較し、その結果得られる比較結果信号をカウンタ７２に供給する。そして、カウンタ７２が、比較器７１から出力される比較結果信号に応じて、所定の周波数のカウンタクロック信号をカウントすることで、画素信号がＡ／Ｄ変換される。
列走査回路３６は、カラムＡＤＣ回路３５のカウンタ７２に、順次、所定のタイミングで、画素データを出力させる信号を供給する。
センスアンプ３７は、カラムＡＤＣ回路３５から供給される画素データを増幅し、撮像素子１２の外部に出力する。
＜撮像素子の第１の実施の形態＞
図３は、図１の撮像素子１２の第１の実施の形態である撮像素子１２Ａの断面の構成例を模式的に示している。図３には、撮像素子１２の画素５１−１乃至画素５１−４の４画素分の断面が示されている。なお、以下、画素５１−１乃至画素５１−４を個々に区別する必要がない場合、単に画素５１と称する。
各画素５１においては、上から順に、オンチップマイクロレンズ１０１、層間膜１０２、狭帯域フィルタ層１０３、層間膜１０４、光電変換素子層１０５、及び、信号配線層１０６が積層されている。すなわち、撮像素子１２は、光電変換素子層１０５が信号配線層１０６より光の入射側に配置された裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサからなる。
オンチップマイクロレンズ１０１は、各画素５１の光電変換素子層１０５に光を集光するための光学素子である。
層間膜１０２及び層間膜１０４は、ＳｉＯ２等の誘電体からなる。後述するように、層間膜１０２及び層間膜１０４の誘電率は、できる限り低い方が望ましい。
狭帯域フィルタ層１０３には、所定の狭い波長帯域（狭帯域）の狭帯域光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタＮＢが各画素５１に設けられている。例えば、アルミニウム等の金属製の薄膜を用いた金属薄膜フィルタの一種であり、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタが、狭帯域フィルタＮＢに用いられる。また、狭帯域フィルタＮＢの透過帯域は、画素５１毎に設定される。狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の種類（バンド数）は任意であり、例えば、４以上に設定される。
ここで、狭帯域とは、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）のカラーフィルタの透過帯域より狭い波長帯域のことである。また、以下、狭帯域フィルタＮＢを透過した狭帯域光を受光する画素を、マルチスペクトル画素又はＭＳ画素と称する。
光電変換素子層１０５は、例えば、図２のフォトダイオード６１等を備え、狭帯域フィルタ層１０３（狭帯域フィルタＮＢ）を透過した光（狭帯域光）を受光し、受光した光を電荷に変換する。また、光電変換素子層１０５は、各画素５１間が素子分離層により電気的に分離されて構成されている。
信号配線層１０６には、光電変換素子層１０５に蓄積された電荷を読み取るための配線等が設けられる。
＜プラズモンフィルタについて＞
次に、図４乃至図１５を参照して、狭帯域フィルタＮＢに用いることが可能なプラズモンフィルタについて説明する。
図４は、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１Ａの構成例を示している。
プラズモンフィルタ１２１Ａは、金属製の薄膜（以下、導体薄膜と称する）１３１Ａにホール１３２Ａがハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。
各ホール１３２Ａは、導体薄膜１３１Ａを貫通しており、導波管として作用する。一般的に導波管には、辺の長さや直径などの形状により決まる遮断周波数及び遮断波長が存在し、それ以下の周波数（それ以上の波長）の光は伝搬しないという性質がある。ホール１３２Ａの遮断波長は、主に開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。なお、開口径Ｄ１は透過させたい光の波長よりも小さい値に設定される。
一方、光の波長以下の短い周期でホール１３２Ａが周期的に形成されている導体薄膜１３１Ａに光が入射すると、ホール１３２Ａの遮断波長より長い波長の光を透過する現象が発生する。この現象をプラズモンの異常透過現象という。この現象は、導体薄膜１３１Ａとその上層の層間膜１０２との境界において表面プラズモンが励起されることによって発生する。
ここで、図５を参照して、プラズモンの異常透過現象（表面プラズモン共鳴）の発生条件について説明する。
図５は、表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。グラフの横軸は角波数ベクトルｋを示し、縦軸は角周波数ωを示している。ωpは導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数を示している。ωspは層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの境界面における表面プラズマ周波数を示しており、次式（１）により表される。
Figure 0006789792
εdは、層間膜１０２を構成する誘電体の誘電率を示している。
式（１）より、表面プラズマ周波数ωspは、プラズマ周波数ωpが高くなるほど高くなる。また、表面プラズマ周波数ωspは、誘電率εdが小さくなるほど、高くなる。
線Ｌ１は、光の分散関係（ライトライン）を示し、次式（２）で表される。
Figure 0006789792
ｃは、光速を示している。
線Ｌ２は、表面プラズモンの分散関係を表し、次式（３）で表される。
Figure 0006789792
εmは、導体薄膜１３１Ａの誘電率を示している。
線Ｌ２により表される表面プラズモンの分散関係は、角波数ベクトルｋが小さい範囲では、線Ｌ１で表されるライトラインに漸近し、角波数ベクトルｋが大きくなるにつれて、表面プラズマ周波数ωspに漸近する。
そして、次式（４）が成り立つとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。
Figure 0006789792
λは、入射光の波長を示している。θは、入射光の入射角を示している。Ｇx及びＧyは、次式（５）で表される。
｜Ｇx｜＝｜Ｇy｜＝２π／ａ0 ・・・（５）
ａ0は、導体薄膜１３１Ａのホール１３２Ａからなるホールアレイ構造の格子定数を示している。
式（４）の左辺は、表面プラズモンの角波数ベクトルを示し、右辺は、導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルを示している。従って、表面プラズモンの角波数ベクトルと導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルが等しくなるとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。そして、このときのλの値が、プラズモンの共鳴波長（プラズモンフィルタ１２１Ａの透過波長）となる。
なお、式（４）の左辺の表面プラズモンの角波数ベクトルは、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm及び層間膜１０２の誘電率εdにより決まる。一方、右辺のホールアレイ周期の角波数ベクトルは、光の入射角θ、及び、導体薄膜１３１Ａの隣接するホール１３２Ａ間のピッチ（ホールピッチ）Ｐ１により決まる。従って、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、光の入射角θ、及び、ホールピッチＰ１により決まる。なお、光の入射角が０°の場合、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、及び、ホールピッチＰ１により決まる。
従って、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）は、導体薄膜１３１Ａの材質及び膜厚、層間膜１０２の材質及び膜厚、ホールアレイのパターン周期（例えば、ホール１３２Ａ開口径Ｄ１及びホールピッチＰ１）等により変化する。特に、導体薄膜１３１Ａ及び層間膜１０２の材質及び膜厚が決まっている場合、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は、ホールアレイのパターン周期、特にホールピッチＰ１により変化する。すなわち、ホールピッチＰ１が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は短波長側にシフトし、ホールピッチＰ１が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は長波長側にシフトする。
図６は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。線Ｌ１１は、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１２は、ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１３は、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に青色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に緑色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に赤色の波長帯域の光を透過する。ただし、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、後述する導波管モードにより、赤色より低波長の帯域の光も多く透過する。
図７は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の他の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。この例では、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍから６２５ｎｍまで２５ｎｍ刻みで変化させた場合の１６種類のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示している。
なお、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過率は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１により決まる。開口径Ｄ１が大きくなるほど透過率が高くなる一方、混色が発生しやすくなる。一般的に、開口率がホールピッチＰ１の５０％〜６０％になるように開口径Ｄ１を設定することが望ましい。
また、上述したように、プラズモンフィルタ１２１Ａの各ホール１３２Ａは、導波管として作用する。従って、プラズモンフィルタ１２１Ａのホールアレイのパターンによっては、分光特性において、表面プラズモン共鳴により透過される波長成分（プラズモンモードにおける波長成分）だけでなく、ホール１３２Ａ（導波管）を透過する波長成分（導波管モードにおける波長成分）が大きくなる場合がある。
図８は、図６の線Ｌ１３により表される分光特性と同様に、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性を示している。この例において、６３０ｎｍ付近の遮断波長より長波長側がプラズモンモードにおける波長成分であり、遮断波長より短波長側が導波管モードにおける波長成分である。
上述したように、遮断波長は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。そして、遮断波長とプラズモンモードにおけるピーク波長との間の差をより大きくするほど、プラズモンフィルタ１２１Ａの波長分解能特性が向上する。
また、上述したように、導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数ωpが高くなるほど、導体薄膜１３１Ａの表面プラズマ周波数ωspが高くなる。また、層間膜１０２の誘電率εdが小さくなるほど、表面プラズマ周波数ωspが高くなる。そして、表面プラズマ周波数ωspが高くなるほど、プラズモンの共鳴周波数をより高く設定することができ、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）をより短い波長帯域に設定することが可能になる。
従って、プラズマ周波数ωpがより小さい金属を導体薄膜１３１Ａに用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、アルミニウム、銀、金等が好適である。ただし、透過帯域を赤外光などの長い波長帯域に設定する場合には、銅なども用いることが可能である。
また、誘電率εdがより小さい誘電体を層間膜１０２に用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、ＳｉＯ２、Ｌｏｗ−Ｋ等が好適である。
また、図９は、導体薄膜１３１Ａにアルミニウムを用い、層間膜１０２にＳｉＯ２を用いた場合の導体薄膜１３１Ａと層間膜１０２の界面における表面プラズモンの伝搬特性を示すグラフである。グラフの横軸は光の波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は伝搬距離（単位はμｍ）を示している。また、線Ｌ２１は、界面方向の伝搬特性を示し、線Ｌ２２は、層間膜１０２の深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示し、線Ｌ２３は、導体薄膜１３１Ａの深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示している。
表面プラズモンの深さ方向の伝搬距離ΛSPP（λ）は、次式（６）により表される。
Figure 0006789792
ｋSPPは、表面プラズモンが伝搬する物質の吸収係数を示す。εm（λ）は、波長λの光に対する導体薄膜１３１Ａの誘電率を示す。εd（λ）は、波長λの光に対する層間膜１０２の誘電率を示す。
従って、図９に示されるように、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、ＳｉＯ２からなる層間膜１０２の表面から深さ方向に約１００ｎｍまで伝搬する。従って、層間膜１０２の厚みを１００ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０２の導体薄膜１３１Ａと反対側の面に積層された物質の影響が及ぶことが防止される。
また、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、アルミニウムからなる導体薄膜１３１Ａの表面から深さ方向に約１０ｎｍまで伝搬する。従って、導体薄膜１３１Ａの厚みを１０ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０４の影響が及ぶことが防止される。
＜プラズモンフィルタのその他の例＞
次に、図１０乃至図１５を参照して、プラズモンフィルタのその他の例について説明する。
図１０Ａのプラズモンフィルタ１２１Ｂは、導体薄膜１３１Ｂにホール１３２Ｂが直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｂにおいては、例えば、隣接するホール１３２Ｂ間のピッチＰ２により透過帯域が変化する。
また、プラズモン共鳴体において、全てのホールが導体薄膜を貫通する必要はなく、一部のホールが導体薄膜を貫通しない非貫通穴により構成しても、プラズモン共鳴体はフィルタとして機能する。
例えば、図１０Ｂには、導体薄膜１３１Ｃに貫通穴からなるホール１３２Ｃ、及び、非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’がハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタ１２１Ｃの平面図および断面図（平面図におけるＡ−Ａ’での断面図）が示されている。すなわち、プラズモンフィルタ１２１Ｃには、貫通穴からなるホール１３２Ｃと非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’とが周期的に配置されている。
さらに、プラズモンフィルタとしては、基本的に単層のプラズモン共鳴体が使用されるが、例えば、２層のプラズモン共鳴体により構成することもできる。
例えば、図１１に示されているプラズモンフィルタ１２１Ｄは、２層のプラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａを構成するプラズモン共鳴体と同様に、ホールがハニカム状に配置された構造となっている。
また、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１とプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２との間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／４程度とすることが好適である。また、設計自由度を考慮すると、間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／２以下がより好適である。
なお、プラズモンフィルタ１２１Ｄのように、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２において同一のパターンでホールが配置されるようにする他、例えば、２層のプラズモン共鳴体構造において互いに相似するパターンでホールが配置されていてもよい。また、２層のプラズモン共鳴体構造において、ホールアレイ構造とドットアレイ構造（後述）とが反転するようなパターンでホールとドットとが配置されていてもよい。さらに、プラズモンフィルタ１２１Ｄは２層構造となっているが、３層以上の多層化も可能である。
また、以上では、ホールアレイ構造のプラズモン共鳴体によるプラズモンフィルタの構成例を示したが、プラズモンフィルタとして、ドットアレイ構造のプラズモン共鳴体を採用してもよい。
図１２を参照して、ドットアレイ構造のプラズモンフィルタについて説明する。
図１２Ａのプラズモンフィルタ１２１Ａ’は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ａが誘電体層１３４Ａにハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。各ドット１３３Ａ間には、誘電体層１３４Ａが充填されている。
プラズモンフィルタ１２１Ａ’は、所定の波長帯域の光を吸収するため、補色系のフィルタとして用いられる。プラズモンフィルタ１２１Ａ’が吸収する光の波長帯域（以下、吸収帯域と称する）は、隣接するドット１３３Ａ間のピッチ（以下、ドットピッチと称する）Ｐ３等により変化する。また、ドットピッチＰ３に合わせて、ドット１３３Ａの径Ｄ３が調整される。
図１２Ｂのプラズモンフィルタ１２１Ｂ’は、図１０Ａのプラズモンフィルタ１２１Ｂのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ｂが誘電体層１３４Ｂに直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体構造により構成されている。各ドット１３３Ｂ間には、誘電体層１３４Ｂが充填されている。
プラズモンフィルタ１２１Ｂ’の吸収帯域は、隣接するドット１３３Ｂ間のドットピッチＰ４等により変化する。また、ドットピッチＰ４に合わせて、ドット１３３Ｂの径Ｄ３が調整される。
図１３は、図１２Ａのプラズモンフィルタ１２１Ａ’のドットピッチＰ３を変化させた場合の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。線Ｌ３１は、ドットピッチＰ３を３００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３２は、ドットピッチＰ３を４００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３３は、ドットピッチＰ３を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
この図に示されるように、ドットピッチＰ３が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は短波長側にシフトし、ドットピッチＰ３が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は長波長側にシフトする。
なお、ホールアレイ構造及びドットアレイ構造のいずれのプラズモンフィルタにおいても、ホール又はドットの平面方向のピッチを調整するだけで、透過帯域又は吸収帯域を調整することができる。従って、例えば、リソグラフィ工程においてホール又はドットのピッチを調整するだけで、画素毎に透過帯域又は吸収帯域を個別に設定することが可能であり、より少ない工程でフィルタの多色化が可能になる。
また、プラズモンフィルタの厚さは、有機材料系のカラーフィルタとほぼ同様の約１００〜５００ｎｍ程度であり、プロセスの親和性が良い。
また、狭帯域フィルタＮＢには、図１４に示されるＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタ１５１を用いることも可能である。
プラズモンフィルタ１５１においては、上から順に、導体層１６１、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、ＳｉＯ２基板１６４が積層されている。導体層１６１は、例えば、図３の狭帯域フィルタ層１０３に含まれ、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、及び、ＳｉＯ２基板１６４は、例えば、図３の層間膜１０４に含まれる。
導体層１６１には、例えばアルミニウムからなる矩形の導体薄膜１６１Ａが、所定のピッチＰ５で、導体薄膜１６１Ａの長辺側が隣接するように並べられている。そして、ピッチＰ５等によりプラズモンフィルタ１５１の透過帯域が変化する。
図１５は、ピッチＰ５を変化させた場合のプラズモンフィルタ１５１の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。この例では、ピッチＰ５を２８０ｎｍから４８０ｎｍまで４０ｎｍ刻みで６種類に変化させるとともに、隣接する導体薄膜１６１Ａの間のスリットの幅をピッチＰ５の１／４に設定した場合の分光特性の例を示している。また、透過帯域のピーク波長が最も短い波形が、ピッチＰ５を２８０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、ピッチＰ５が広くなるにつれて、ピーク波長が長くなっている。すなわち、ピッチＰ５が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は短波長側にシフトし、ピッチＰ５が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は長波長側にシフトする。
このＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１も、上述したホールアレイ構造及びドットアレイ構造のプラズモンフィルタと同様に、有機材料系のカラーフィルタと親和性が良い。
＜撮像素子の第２の実施の形態＞
次に、図１６乃至図２１を参照して、図１の撮像素子１２の第２の実施の形態について説明する。
図１６は、撮像素子１２の第２の実施の形態である撮像素子１２Ｂの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図３の撮像素子１２Ａと対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
撮像素子１２Ｂは、撮像素子１２Ａと比較して、オンチップマイクロレンズ１０１と層間膜１０２の間に、カラーフィルタ層１０７が積層されている点が異なる。
撮像素子１２Ｂの狭帯域フィルタ層１０３においては、全ての画素５１ではなく、一部の画素５１にのみ狭帯域フィルタＮＢが設けられている。狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の種類（バンド数）は任意であり、例えば、１以上に設定される。
カラーフィルタ層１０７には、カラーフィルタが各画素５１に設けられる。例えば、狭帯域フィルタＮＢが設けられていない画素５１においては、一般的な赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、及び、青色フィルタＢ（不図示）のいずれかが設けられている。これにより、例えば、赤色フィルタＲが設けられたＲ画素、緑色フィルタＧが設けられたＧ画素、青色フィルタが設けられたＢ画素、及び、狭帯域フィルタＮＢが設けられたＭＳ画素が、画素アレイ３１に配列される。
また、狭帯域フィルタＮＢが設けられている画素５１においては、カラーフィルタ層１０７に透過フィルタＰが設けられる。透過フィルタＰは、後述するように、同じ画素５１の狭帯域フィルタＮＢの透過帯域を含む波長帯域の光を透過する光学フィルタ（ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又は、バンドパスフィルタ）により構成される。
なお、カラーフィルタ層１０７に設けられるカラーフィルタは、有機材料系及び無機材料系のいずれであってもよい。
有機材料系のカラーフィルタには、例えば、合成樹脂若しくは天然蛋白を用いた染色着色系、及び、顔料色素若しくは染料色素を用いた色素含有系がある。
無機材料系のカラーフィルタには、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＳｉＮ、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ｌｏｗ−ｋ等の材料が用いられる。また、無機材料系のカラーフィルタの形成には、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜等の手法が用いられる。
また、層間膜１０２は、図９を参照して上述したように、層間膜１０２と狭帯域フィルタ層１０３との界面における表面プラズモンに、カラーフィルタ層１０７の影響が及ぶことが防止可能な膜厚に設定される。
ここで、カラーフィルタ層１０７に設けられた透過フィルタＰにより、フレアの発生が抑制される。この点について、図１７及び図１８を参照して説明する。
図１７は、カラーフィルタ層１０７が設けられていない図２の撮像素子１２Ａを用いた撮像装置１０におけるフレアの発生の様子を模式的に示している。
この例において、撮像素子１２Ａは、半導体チップ２０３に設けられている。具体的には、半導体チップ２０３は、基板２１３上に実装され、周囲がシールガラス２１１及び樹脂２１２により覆われている。そして、図１の光学系１１に設けられているレンズ２０１及びＩＲカットフィルタ２０２、並びに、シールガラス２１１を透過した光が、撮像素子１２Ａに入射する。
ここで、撮像素子１２Ａの狭帯域フィルタ層１０３の狭帯域フィルタＮＢがプラズモンフィルタからなる場合、プラズモンフィルタには金属製の導体薄膜が形成されている。この導体薄膜は反射率が高いため、透過帯域以外の波長の光を反射しやすい。そして、導体薄膜で反射された光の一部が、例えば、図１７に示されるように、シールガラス２１１、ＩＲカットフィルタ２０２、又は、レンズ２０１で反射され、撮像素子１２Ａに再入射する。これらの再入射光によりフレアが発生する。特にホールアレイ構造を用いたプラズモンフィルタは、開口率が低いため、フレアが発生しやすい。
この反射光を防止するために、例えば、導体薄膜とは異なる金属や誘電率の高い材料からなる反射防止膜を使用することが考えられる。しかし、プラズモンフィルタは、表面プラズモン共鳴を利用しており、そのような反射防止膜が導体薄膜の表面に触れてしまうと、プラズモンフィルタの特性が劣化してしまったり、所望の特性が得づらくなったりする可能性がある。
一方、図１８は、カラーフィルタ層１０７が設けられている図１６の撮像素子１２Ｂを用いた撮像装置１０におけるフレアの発生の様子を模式的に示している。なお、図中、図１７と対応する部分には、同じ符号を付してある。
図１８の例は、図１７の例と比較して、半導体チップ２０３の代わりに半導体チップ２２１が設けられている点が異なる。半導体チップ２２１は、半導体チップ２０３と比較して、撮像素子１２Ａの代わりに撮像素子１２Ｂが設けられている点が異なる。
上述したように、撮像素子１２Ｂにおいては、狭帯域フィルタＮＢより上方（光の入射側）に透過フィルタＰが設けられている。従って、撮像素子１２Ｂに入射した光は、透過フィルタＰにより所定の波長帯域が遮断されてから狭帯域フィルタＮＢに入射するため、狭帯域フィルタＮＢへの入射光の光量が抑制される。その結果、狭帯域フィルタＮＢ（プラズモンフィルタ）の導体薄膜による反射光の光量も低減するため、フレアが低減される。
図１９乃至図２１は、狭帯域フィルタＮＢの分光特性と、狭帯域フィルタＮＢの上方に配置される透過フィルタＰの分光特性の例を示している。なお、図１９乃至図２１のグラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。
図１９の線Ｌ４１は、狭帯域フィルタＮＢの分光特性を示している。この狭帯域フィルタＮＢの分光特性のピーク波長は、約４３０ｎｍ付近である。線Ｌ４２は、ローパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ４３は、ハイパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ４４は、バンドパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。いずれの透過フィルタＰの感度も、狭帯域フィルタＮＢの分光特性のピーク波長を含む所定の波長帯域において、狭帯域フィルタＮＢの感度を上回っている。従って、いずれの透過フィルタＰを用いても、狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の光をほぼ減衰させずに、狭帯域フィルタＮＢに入射する入射光の光量を低減させることができる。
図２０の線Ｌ５１は、狭帯域フィルタＮＢの分光特性を示している。この狭帯域フィルタＮＢの分光特性のピーク波長は、約５３０ｎｍ付近である。線Ｌ５２は、ローパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ５３は、ハイパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ５４は、バンドパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。いずれの透過フィルタの感度も、狭帯域フィルタＮＢの分光特性のピーク波長を含む所定の波長帯域において、狭帯域フィルタＮＢの感度を上回っている。従って、いずれの透過フィルタＰを用いても、狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の光をほぼ減衰させずに、狭帯域フィルタＮＢに入射する入射光の光量を低減させることができる。
図２１の線Ｌ６１は、狭帯域フィルタＮＢの分光特性を示している。この狭帯域フィルタＮＢの分光特性のプラズモンモードにおけるピーク波長は、約６７０ｎｍ付近である。線Ｌ６２は、ローパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ６３は、ハイパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。線Ｌ６４は、バンドパス型の透過フィルタＰの分光特性を示している。いずれの透過フィルタＰの感度も、狭帯域フィルタＮＢの分光特性の遮断波長である約６３０ｎｍ以上のプラズモンモードのピーク波長を含む所定の波長帯域において、狭帯域フィルタＮＢの感度を上回っている。従って、いずれの透過フィルタＰを用いても、狭帯域フィルタＮＢのプラズモンモードにおける透過帯域の光をほぼ減衰させずに、狭帯域フィルタＮＢに入射する入射光の光量を低減させることができる。ただし、ハイパス型又はバンドパス型の透過フィルタＰを用いた方が、狭帯域フィルタＮＢの導波管モードの波長帯域の光を遮断できるため、狭帯域のフィルタ特性としてより望ましい。
なお、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、又は、青色フィルタＢの透過帯域が、下層の狭帯域フィルタＮＢの透過帯域を含む場合、それらのフィルタを透過フィルタＰに用いてもよい。
また、図１６の例では、一部の画素５１にのみ狭帯域フィルタＮＢを設ける例を示したが、全ての画素５１に狭帯域フィルタＮＢを設けることも可能である。この場合、画素５１毎に、その画素５１の狭帯域フィルタＮＢの透過帯域を含む透過帯域を有する透過フィルタＰをカラーフィルタ層１０７に設けるようにすればよい。
さらに、カラーフィルタ層１０７のカラーフィルタの色の組み合わせは上述した例に限定されるものではなく、任意に変更することが可能である。
また、上述したフレア対策の必要がない場合には、例えば、狭帯域フィルタＮＢの上層に透過フィルタＰを設けないようにしたり、全ての波長の光を透過するダミーのフィルタを設けたりしてもよい。
＜撮像素子の第３の実施の形態＞
次に、図２２を参照して、図１の撮像素子１２の第３の実施の形態について説明する。
図２２は、撮像素子１２の第３の実施の形態である撮像素子１２Ｃの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図３の撮像素子１２Ａと対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
撮像素子１２Ｃは、撮像素子１２Ａと比較して、狭帯域フィルタ層１０３の代わりに、フィルタ層１０８が設けられている点が異なる。また、撮像素子１２Ｃは、図１６の撮像素子１２Ｂと比較して、狭帯域フィルタＮＢとカラーフィルタ（例えば、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢ）が同じフィルタ層１０８に設けられている点が異なる。
これにより、撮像素子１２Ｃの画素アレイ３１にＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、及び、ＭＳ画素を配置する場合に、カラーフィルタ層１０７を省略することができる。
なお、有機材料系のカラーフィルタを用いる場合、熱によるカラーフィルタの損傷等を防止するために、例えば、狭帯域フィルタＮＢが先に形成され、シンター処理等の高温の最終熱処理が行われた後、カラーフィルタが形成される。一方、無機材料系のカラーフィルタを用いる場合、基本的に上記の形成順の制約は必要ない。
また、図１６の撮像素子１２Ｂのようにフレア対策を施す場合、撮像素子１２Ｂと同様に、オンチップマイクロレンズ１０１と層間膜１０２の間に、カラーフィルタ層を積層するようにしてもよい。この場合、フィルタ層１０８に狭帯域フィルタＮＢが設けられている画素５１においては、カラーフィルタ層に上述した透過フィルタＰが設けられる。一方、フィルタ層１０８にカラーフィルタが設けられている画素５１においては、カラーフィルタ層にフィルタが設けられなかったり、又は、全ての波長の光を透過するダミーのフィルタ、若しくは、フィルタ層１０８と同じ色のカラーフィルタが設けられたりする。
＜第２の実施の形態＞
上記したプラズモンフィルタ１２１により所望の周波数（周波数帯域）の光を抽出することができる。すなわち、プラズモンフィルタ１２１のホールピッチＰや、ホールの開口径Ｄを調整することで、所望とする周波数の光を抽出するフィルタとして用いることができる。さらに換言するに、プラズモンフィルタ１２１を用いることで、複数の周波数の光をそれぞれ受光する画素を備えるセンサを構成することができる。
ここでは、プラズモンフィルタ１２１を備える撮像素子を、適宜、マルチスペクトル画素（ＭＳ画素）と記述する。また、狭帯域フィルタ層１０３が、プラズモンフィルタ１２１である場合を例に挙げて説明を続ける。
第２の実施の形態として、所定の周波数帯域（第１の周波数帯域）の電磁波（光）を透過させるための金属薄膜フィルタ、例えば、プラズモンフィルタ１２１を備えた画素と、所定の周波数帯域（第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域）の電磁波（光）を透過させるためのカラーフィルタを備えた画素とを備え、それらの画素から得られる信号を処理することで、複数の信号（複数の周波数帯域の信号）を生成する場合について説明する。
具体的には、第２の実施の形態として、マルチスペクトル画素にＧ画素を加えた構成（構成１とする）、マルチスペクトル画素にＷ画素を加えた構成（構成２とする）、またはマルチスペクトル画素にＧ画素とＷ画素を加えた構成（構成３とする）とすることで、ＲＧＢカラー画像の色再現を向上させるとともに、マルチスペクトルの分光特性も向上させることについて説明する。
なお、以下に説明する構成１、構成２、または構成３と異なる構成として、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびマルチスペクトル画素を組み合わせる構成（比較構成と記述する）も考えられる。仮にマルチスペクトル画素が１画素である場合、比較構成においては、４画素で１単位を構成することになる。
これに対して、構成１と構成２は、いずれも、マルチスペクトル画素と、Ｇ画素またはＷ画素の１画素の組み合わせによる構成であるため、２画素で１単位を構成することになる。また、構成３は、マルチスペクトル画素と、Ｇ画素とＷ画素の２画素の組み合わせによる構成であるため、３画素で１単位を構成することになる。
この１単位で、１画素分の信号を生成するとした場合、解像度は、この単位をより多く配置することで向上させることができる。
画素アレイ３１には、１単位の構成が、複数単位繰り返し配置されている。よって、画素アレイ３１内に配置される単位数は、比較構成で配置した場合は、構成１、構成２、および構成３のいずれの構成で配置した場合よりも、少ない単位数となる。すなわち、比較構成によると、構成１、構成２、構成３よりも色数が増えるため、解像度が減ってしまうことになる。
このように、構成１、構成２、構成３は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびマルチスペクトル画素を組み合わせる比較構成よりも、色数が少ないため、解像度を向上させることができる。
また、以下に詳細を説明するように、例えば、構成１のように、マルチスペクトル画素とＧ画素を配置した場合においても、Ｒ画素やＢ画素から得られる信号に該当する信号をマルチスペクトル画素からの信号を用いて生成することができるため、比較構成のように、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素を配置していると場合と同等の信号を生成することができる。
よって、例えば、構成１のように、色数が少なくても、比較構成のような色数が多い構成と比べても遜色ない画質を再現することができる。そのような構成１乃至３について説明を加える。
＜構成１について＞
図２３は、マルチスペクトル画素にＧ画素を加えた構成１の構成例を示す図である。図２３において、“Ｇ”との記載は、Ｇ画素を表し、“ＭＳ”との記載は、ＭＳ画素を表す。Ｇ画素は、カラーフィルタ層１０７（図１６）またはフィルタ層１０８（図２２）の色が緑（Green）とされている画素である。ＭＳ画素は、マルチスペクトル画素であり、所定の周波数帯域の光（所定の色）を受光する画素である。
図２３では、画素アレイ３１（図２）の４×４の１６画素を示しており、このような配列の画素群が、画素アレイ３１に繰り返し配列されている。図２３に示した１６画素を区別するために、それぞれ数字を付してある。例えば、１６画素のうち、左上に配置されている画素は、Ｇ１画素であり、その右側に配列されているのがＭＳ１画素である。
図２３に示した色配置においては、Ｇ画素とＭＳ画素が、同数配置されている例を示している。すなわち、１６画素の内、Ｇ１乃至Ｇ８が、Ｇ画素であり、ＭＳ１乃至ＭＳ８が、ＭＳ画素とされている。また、Ｇ画素とＭＳ画素は横方向、および縦方向のそれぞれにおいて、交互に配置されている。
なおここでは、Ｇ画素とＭＳ画素が交互に配置されている例を挙げて説明を続けるが、異なる配置であっても良い。例えば、２個のＧ画素と２個のＭＳ画素が交互に配置される、１個のＧ画素と２個のＭＳ画素が交互に配置されるなどの色配置であっても良い。以下に説明する他の色配置においても、一例を示し、限定を示す記載ではないとする。
Ｇ画素は、緑色とされる光、例えば、５００乃至５５０ｎｍの周波数帯域の光を受光する画素である。図２３において、Ｇ１乃至Ｇ８画素は、それぞれ、この周波数帯域の光を受光する画素とされている。
ＭＳ画素は、抽出対象とされた周波数帯域の光を受光する画素である。図２３において、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素は、それぞれ異なる周波数帯域の光を受光する。すなわちこの場合、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素により、８つの周波数帯域の光を扱うことができるセンサとされている。
なお、ここでは、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素は、全て異なる周波数帯域の光を受光するとして説明を続けるが、同一の周波数帯域の光を受光する画素としても良い。扱う周波数帯域の数に依存し、例えば、４つの周波数帯域を扱う場合、例えば、ＭＳ１画素とＭＳ２画素は第１の周波数帯域の光を受光する画素とされ、ＭＳ３画素とＭＳ４画素は第２の周波数帯域の光を受光する画素とされ、ＭＳ５画素とＭＳ６画素は第３の周波数帯域の光を受光する画素とされ、ＭＳ７画素とＭＳ８画素は第４の周波数帯域の光を受光する画素とするといったような構成とすることも可能である。
ＭＳ１乃至ＭＳ８画素は、全て異なる周波数帯域の光を受光するとして、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素を構成した場合、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素からは、例えば、図２４に示すような信号が得られる。
ＭＳ１画素は、周波数帯域Ｍ１の光を受光する。同様に、ＭＳ２画素は、周波数帯域Ｍ２の光を受光し、ＭＳ３画素は、周波数帯域Ｍ３の光を受光し、ＭＳ４画素は、周波数帯域Ｍ４の光を受光し、ＭＳ５画素は、周波数帯域Ｍ５の光を受光し、ＭＳ６画素は、周波数帯域Ｍ６の光を受光し、ＭＳ７画素は、周波数帯域Ｍ７の光を受光し、ＭＳ８画素は、周波数帯域Ｍ８の光を受光する。
このように、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素を、それぞれ異なる周波数帯域Ｍ１乃至Ｍ８の光を受光する画素とすることができる。またＧ１乃至Ｇ８画素からは、それぞれ、図２５に示すように、緑色の周波数帯域Ｇの光を受光する画素とすることができる。
よって、このような構成１の場合、図２３に示した１６画素により、Ｇ画素から、緑色の情報が取得され、ＭＳ１画素から、周波数帯域Ｍ１の色Ｍ１の情報が取得され、ＭＳ２画素から、周波数帯域Ｍ２の色Ｍ２の情報が取得され、ＭＳ３画素から、周波数帯域Ｍ３の色Ｍ３の情報が取得され、ＭＳ４画素から、周波数帯域Ｍ４の色Ｍ４の情報が取得され、ＭＳ５画素から、周波数帯域Ｍ５の色Ｍ５の情報が取得され、ＭＳ６画素から、周波数帯域Ｍ６の色Ｍ６の情報が取得され、ＭＳ７画素から、周波数帯域Ｍ７の色Ｍ７の情報が取得され、ＭＳ８画素から、周波数帯域Ｍ８の色Ｍ８の情報が取得される。
＜構成２について＞
図２６は、マルチスペクトル画素にＷ画素を加えた構成２の構成例を示す図である。図２６において、“Ｗ”との記載は、Ｗ画素を表し、“ＭＳ”との記載は、ＭＳ画素を表す。Ｗ画素は、カラーフィルタ層１０７（図１６）またはフィルタ層１０８（図２２）の色が白（White）（透明色）とされている画素である。Ｗ画素は、感度が高いため、構成２によると、ＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）を向上させることができる。
図２６に示した色配置においては、Ｗ画素とＭＳ画素が、同数配置されている例を示している。すなわち、１６画素の内、Ｗ１乃至Ｗ８が、Ｗ画素であり、ＭＳ１乃至ＭＳ８が、ＭＳ画素とされている。また、Ｗ画素とＭＳ画素は横方向、および縦方向のそれぞれにおいて、交互に配置されている。
なおここでは、Ｗ画素とＭＳ画素が交互に配置されている例を挙げて説明を続けるが、異なる配置であっても良い。例えば、２個のＷ画素と２個のＭＳ画素が交互に配置される、１個のＷ画素と２個のＭＳ画素が交互に配置されるなどの、色配置であっても良い。
Ｗ画素は、白色とされる光、例えば、可視光域の周波数帯域の光を受光する画素である。図２６において、Ｗ１乃至Ｗ８画素は、それぞれ、可視光域の周波数帯域の光を受光する画素とされている。
ＭＳ画素は、抽出対象とされた周波数帯域の光を受光する画素である。図２６において、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素は、図２３に示したＭＳ画素と同じく、それぞれ異なる周波数帯域の光を受光する画素とすることができる。すなわちこの場合、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素により、８つの周波数帯域の光を扱うことができるセンサとされている。
ＭＳ１乃至ＭＳ８画素は、全て異なる周波数帯域の光を受光するとして、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素を構成した場合、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素からは、例えば、図２４に示すような信号が得られる。またＷ１乃至Ｗ８画素からは、それぞれ、図２７に示すような白色の周波数帯域Ｗの信号が得られる。
このように構成した場合、図２６に示した１６画素においては、Ｗ画素から、白色の情報（主に輝度値の情報）が取得され、ＭＳ１画素から、周波数帯域Ｍ１の色Ｍ１の情報が取得され、ＭＳ２画素から、周波数帯域Ｍ２の色Ｍ２の情報が取得され、ＭＳ３画素から、周波数帯域Ｍ３の色Ｍ３の情報が取得され、ＭＳ４画素から、周波数帯域Ｍ４の色Ｍ４の情報が取得され、ＭＳ５画素から、周波数帯域Ｍ５の色Ｍ５の情報が取得され、ＭＳ６画素から、周波数帯域Ｍ６の色Ｍ６の情報が取得され、ＭＳ７画素から、周波数帯域Ｍ７の色Ｍ７の情報が取得され、ＭＳ８画素から、周波数帯域Ｍ８の色Ｍ８の情報が取得される。
＜構成３について＞
図２８は、マルチスペクトル画素にＷ画素とＧ画素を加えた構成３の構成例を示す図である。図２８において、“Ｗ”との記載は、Ｗ画素を表し、“Ｇ”との記載は、Ｇ画素を表し、“ＭＳ”との記載は、ＭＳ画素を表す。
Ｗ画素は、感度が高いため、構成２によると、ＳＮＲを向上させることができる反面、色解像度、色再現が劣る可能性がある。そのため、構成３のように、Ｗ画素だけでなくＧ画素もＭＳ画素とともに配置することで、ＳＮＲと色再現のバランスをとることが可能となる。
図２８に示した色配置においては、Ｇ画素とＭＳ画素が、同数配置され、Ｗ画素が、Ｇ画素（またはＭＳ画素）の２倍配置されている例を示している。すなわち、１６画素の内、Ｇ１乃至Ｇ４が、Ｇ画素であり、ＭＳ１乃至ＭＳ４が、ＭＳ画素であり、Ｗ１乃至Ｗ８が、Ｗ画素とされている。
また、図２８に示した色配置において、１行目と３行目は、Ｗ画素とＧ画素が交互に配置され、２行目と４行目は、Ｗ画素とＭＳ画素が交互に配置されている。
なお図２８に示した色配置は、一例であり、Ｇ画素、Ｗ画素、ＭＳ画素を配置するときの各画素の個数や配置パターンは、図２８に示した例に限定されるわけではない。
Ｗ画素は、白色とされる光、例えば、可視光域の周波数帯域の光を受光する画素である。図２８において、Ｗ１乃至Ｗ８画素は、それぞれ、可視光域の周波数帯域の光を受光する画素とされている。また、Ｇ画素は、緑色とされる光、例えば、５００乃至５５０ｎｍの周波数帯域の光を受光する画素である。図２８において、Ｇ１乃至Ｇ４画素は、それぞれ、この周波数帯域の光を受光する画素とされている。
ＭＳ画素は、抽出対象とされた周波数帯域の光を受光する画素である。図２８において、ＭＳ１乃至ＭＳ４画素は、図２３に示したＭＳ画素と同じく、それぞれ異なる周波数帯域の光を受光する画素とすることができる。すなわちこの場合、ＭＳ１乃至ＭＳ４画素により、４つの周波数帯域の光を扱うことができるセンサとされている。
なお、図２８に示した１６画素外に、例えば図２４に示したＭＳ５乃至ＭＳ８画素に該当する画素を設け、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素により、８つの周波数帯域の光を扱うことができるセンサとすることも勿論可能である。
ＭＳ１乃至ＭＳ４画素は、全て異なる周波数帯域の光を受光するとして、ＭＳ１乃至ＭＳ４画素を構成した場合、ＭＳ１乃至ＭＳ４画素からは、例えば、図２４に示すような信号のうちの、４つの波長帯の光が得られる。
またＧ１乃至Ｇ４画素からは、それぞれ、図２５に示したように、緑色の周波数帯域Ｇの光を受光する画素である。またＷ１乃至Ｗ８画素からは、それぞれ、図２７に示したように、白色の周波数帯域Ｗの光を受光する画素である。
このように構成した場合、図２８に示した１６画素においては、Ｗ画素から、白色の情報（主に輝度値の情報）が取得され、Ｇ画素から、緑色の情報が取得され、ＭＳ１画素から、周波数帯域Ｍ１の色Ｍ１の情報が取得され、ＭＳ２画素から、周波数帯域Ｍ２の色Ｍ２の情報が取得され、ＭＳ３画素から、周波数帯域Ｍ３の色Ｍ３の情報が取得され、ＭＳ４画素から、周波数帯域Ｍ４の色Ｍ４の情報が取得される。
このように、マルチスペクトル画素にＧ画素を加えた構成１、マルチスペクトル画素にＷ画素を加えた構成２、またはマルチスペクトル画素にＧ画素とＷ画素を加えた構成３とすることで、ＲＧＢカラー画像のベイヤー配列における色再現を向上させるとともに、マルチスペクトルの分光特性も向上させることができる。
このことについてさらに説明を続ける。以下の説明においては、構成１を適用した場合を例に挙げて説明を続けるが、構成２または構成３を適用した場合も、基本的に同様である。
＜マルチスペクトル画素からの信号処理＞
マルチスペクトル画素として、例えば、図２３に示したように、周波数帯域Ｍ１乃至Ｍ８をそれぞれ受光するＭＳ1乃至ＭＳ８画素が配置されているような場合、図２４に示したような信号が得られる。図２４に示した取得される信号分布を、再度、図２９に示す。
図２９に示したように、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素から、周波数帯域Ｍ１乃至Ｍ８の信号がそれぞれ得られる場合であり、各周波数帯域Ｍ１乃至Ｍ８は、青色の周波数帯域Ｂ、緑色の周波数帯域Ｇ、および赤色の周波数帯域Ｒのいずれかに属しているようにプラズモンフィルタ１２１を構成した場合であるとする。
さらに、プラズモンフィルタ１２１を、例えば、青色の周波数帯域Ｂには、周波数帯域Ｍ１、周波数帯域Ｍ２、および周波数帯域Ｍ３が含まれるように構成する。またプラズモンフィルタ１２１を、例えば、緑色の周波数帯域Ｇには、周波数帯域Ｍ４と周波数帯域Ｍ５が含まれるように構成する。またプラズモンフィルタ１２１を、例えば、赤色の周波数帯域Ｒには、周波数帯域Ｍ６、周波数帯域Ｍ７、周波数帯域Ｍ８が含まれるように構成する。
このようにプラズモンフィルタ１２１を構成した場合、ＭＳ１画素から得られる周波数帯域Ｍ１の信号１、ＭＳ２画素から得られる周波数帯域Ｍ２の信号２、およびＭＳ３画素から得られる周波数帯域Ｍ３の信号３から、青色の周波数帯域Ｂの信号を生成することができる。
青色の周波数帯域Ｂの信号＝信号Ｍ１＋信号Ｍ２＋信号Ｍ３
同様に、ＭＳ４画素から得られる周波数帯域Ｍ４の信号４と、ＭＳ５画素から得られる周波数帯域Ｍ５の信号５から、緑色の周波数帯域Ｇの信号を生成することができる。
緑色の周波数帯域Ｇの信号＝信号Ｍ４＋信号Ｍ５
同様に、ＭＳ６画素から得られる周波数帯域Ｍ６の信号６、ＭＳ７画素から得られる周波数帯域Ｍ７の信号７、およびＭＳ８画素から得られる周波数帯域Ｍ８の信号８から、赤色の周波数帯域Ｒの信号を生成することができる。
赤色の周波数帯域Ｒの信号＝信号Ｍ６＋信号Ｍ７＋信号Ｍ８
このように、マルチスペクトル画素から得られる信号から、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の信号をそれぞれ生成することができる。
さらに、図２３に示した色配置によれば、Ｇ画素があるため、Ｇ画素から緑色の周波数帯域Ｇの信号も取得できる。
ただし、マルチスペクトル信号は一般的にＳＮＲの観点で不利なため、生成されたＧ信号もＳＮＲが良好でない可能性がある。そのため、マルチスペクトル信号Ｍ４とＭ５から生成されるＧ信号では、ＳＮＲが良好でない可能性がある。そのため、緑色の信号としては、Ｇ画素の信号を使用することが望ましい。
一方、Ｒ信号、Ｂ信号についても同様な事がいえるが、輝度信号への寄与度はＧ信号が支配的であるため、Ｒ信号、Ｂ信号は、ＳＮＲへの寄与度が低い。そのため、Ｒ信号、Ｂ信号についてはマルチスペクトル画素からの生成であってもＳＮＲの低下の影響は小さい。
このように、マルチスペクトル画素からの信号と、Ｇ画素からの信号が用いられ、マルチスペクトル用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成することができる。例えば、次式（７）に基づき生成することができる。
Figure 0006789792
式（７）に基づく演算により、所定の位置の画素の画素値が算出される。式（７）に基づく演算が行われる前に、デモザイク処理などが施されることで、画素毎に、マルチスペクトル画素からの信号Ｍ１乃至Ｍ８に該当する画素値と、Ｇ画素からの信号Ｇに該当する画素値は生成されている。
例えば、図２３のＧ１画素からは、緑色に関する画素値は得られるが、赤色や青色に関する画素値や、マルチスペクトル用の画素値は得られていないため、デモザイク処理により、それらの得られない画素値が補完され、その補完された画素値が用いられて、式（７）による演算が行われる。
式（７）において、左辺の８行８列の行列の各要素は、所定の係数ａである。この係数ａを適切に設定することで、マルチスペクトル画像用の信号や、ＲＧＢカラー画像用の信号を、より精度良く生成することができる。このようにパラメータが多くなることで、自由度が増し、これらのパラメータを適切に調整することで、精度を調整することができ、解像度や波長分離特性などを改善しやすくなる。
左辺の８行１列の行列の要素のうち、“Ｒ”は、マルチスペクトル画素から信号を加算して得られる赤色の周波数帯域Ｒの画素値を表す。“Ｇ”は、マルチスペクトル画素から信号を加算して得られる緑色の周波数帯域Ｇの画素値、または、Ｇ画素から得られる緑色の周波数帯域Ｇの画素値を表す。
なお、マルチスペクトル画素から信号を加算して得られる緑色の周波数帯域Ｇの画素値を用いるよりも、Ｇ画素から得られる緑色の周波数帯域Ｇの画素値を用いる方が、生成するマルチスペクトル用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号の両方の信号特性を向上させることができるため、Ｇ画素から得られる緑色の周波数帯域Ｇの画素値を用いるとして説明を続ける。
式（７）の“Ｂ”は、マルチスペクトル画素から信号を加算して得られる青色の周波数帯域Ｂの画素値を表す。
“Ｍ１”は、Ｍ１画素から得られる周波数帯域Ｍ１の画素値を表す。同様に、“Ｍ２”は、Ｍ２画素から得られる周波数帯域Ｍ２の画素値を表し、“Ｍ３”は、Ｍ３画素から得られる周波数帯域Ｍ３の画素値を表し、“Ｍ４”は、Ｍ４画素から得られる周波数帯域Ｍ４の画素値を表す。
“Ｍ５”は、Ｍ５画素から得られる周波数帯域Ｍ５の画素値を表し、“Ｍ６”は、Ｍ６画素から得られる周波数帯域Ｍ６の画素値を表し、“Ｍ７”は、Ｍ７画素から得られる周波数帯域Ｍ７の画素値を表し、“Ｍ８”は、Ｍ８画素から得られる周波数帯域Ｍ８の画素値を表す。
式（７）の右辺は、演算結果であり、“Ｒ’”は、生成された赤色の周波数帯域Ｒの画素値を表し、“Ｇ’”は、生成された緑色の周波数帯域Ｇの画素値を表し、“Ｂ’”は、生成された青色の周波数帯域Ｂの画素値を表す。
また“Ｍ１’”は、生成された周波数帯域Ｍ１の画素値を表し、“Ｍ２’”は、生成された周波数帯域Ｍ２の画素値を表し、“Ｍ３’”は、生成された周波数帯域Ｍ３の画素値を表し、“Ｍ４’”は、生成された周波数帯域Ｍ４の画素値を表す。
また“Ｍ５’”は、生成された周波数帯域Ｍ５の画素値を表し、“Ｍ６’”は、生成された周波数帯域Ｍ６の画素値を表し、“Ｍ７’”は、生成された周波数帯域Ｍ７の画素値を表し、“Ｍ８’”は、生成された周波数帯域Ｍ８の画素値を表す。
このように、１画素毎に、式（７）に基づく演算が行われることで、１画素におけるマルチスペクトル用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成することができる。また、マルチスペクトル画素からの信号とＧ画素からの信号を用いてマルチスペクトル用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成することで、混色を抑制することができる。
また、パラメータが増えることで、自由度を増すことができる。またＲＧＢの色再現が向上し、マルチスペクトルの波長分離特性、例えば、半値幅やピーク値などで表される特性を改善することができる。
例えば、従来、ＲＧＢのベイヤー配列で取得される信号は、図３０に示すようになっている。図３０に示すように、Ｂ画素から取得される信号Ｂ、Ｇ画素から取得される信号Ｇ、およびＲ画素から取得される信号Ｒは、互いに重なる周波数帯域があり、完全に分離されていない。すなわち、図中、線で囲んだ部分において、混色が発生している。
ＲＧＢセンサでは、リニアマトリックスまたはカラーコレクションマトリックスなどと称される、例えば、次式（８）に示すような演算式により、混色補正を行い、等色関数に近づける処理がなされる。
Figure 0006789792
しかしながら、図３０に示したように、ＲＧＢの３色の減算処理では、混色補正にも限界があった。
上記したように、本実施の形態においては、マルチスペクトル画素とＧ画素を画素アレイ３１に配置し、マルチスペクトル画素からの信号とＧ画素からの信号を用いてマルチスペクトル用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号が生成する。
図３１を参照する。図３１の上図は、図３０に示したＲＧＢセンサで得られる信号の分布を示し、図３１の下図は、図２９に示したマルチスペクトル画素（ＭＳ１乃至ＭＳ８画素）から得られる信号の分布を示す図である。
上記したように、赤（Ｒ）の信号Ｒと青（Ｂ）の信号Ｂは、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素からの信号を用いてそれぞれ生成される。上記した例、例えば、図２９を再度参照するに、信号Ｒは、周波数帯域Ｍ６、周波数帯域Ｍ７、周波数帯域Ｍ８の複数の周波数帯域に分けられ、それぞれの周波数帯域の信号が用いられて生成される。同じく、信号Ｂは、周波数帯域Ｍ１、周波数帯域Ｍ２、周波数帯域Ｍ３の複数の周波数帯域に分けられ、それぞれの周波数帯域の信号が用いられて生成される。
このことは、例えば、従来、１つのＲ画素から得られた信号を信号Ｒとしていたのを、３つの周波数帯域にわけ、３つのＭＳ画素でそれぞれの周波数帯域の信号を取得し、処理することで信号Ｒを生成することを意味する。よって、マルチスペクトル画素を用いることで、波長毎に細かく減算処理などを行えるようになり、混色補正をより細かく行えることになるので、色再現性が向上する。さらに各パラメータの数値を総合的に小さくすることが可能になり、その結果、ＳＮＲが向上し、画質を改善させることができる。
このように、マルチスペクトル画素からの信号により、ＲＧＢカラー画像用の信号（信号Ｒ、信号Ｇ、信号Ｂ）を補正することができるため、ＲＧＢカラー画像用の信号の色再現を向上させることができる。
また、上記したように信号Ｒと信号Ｂは、マルチスペクトル画素からの信号から生成し、Ｇ信号は、Ｇ画素からの信号を用いるようにした場合、ＲＧＢカラー画像用の信号の色再現をより向上させることができる。
図３１の上図を参照するに、周波数帯域でみたとき、短波長側から、信号Ｂ、信号Ｇ、信号Ｒとなる。信号Ｂの周波数帯域と信号Ｒの周波数帯域は、離れている。よって、信号Ｂが信号Ｒに混色することで与える影響や、信号Ｒが信号Ｂに混色することで与える影響は低いと考えられる。
一方で、信号Ｂの周波数帯域と信号Ｇの周波数帯域は隣接しており、信号Ｂが信号Ｇに混色することで与える影響や、信号Ｇが信号Ｂに混色することで与える影響は大きいと考えられる。また同様に、信号Ｒの周波数帯域と信号Ｇの周波数帯域は隣接しており、信号Ｒが信号Ｇに混色することで与える影響や、信号Ｇが信号Ｒに混色することで与える影響は大きいと考えられる。
このようなことから、信号Ｂと信号Ｒを、マルチスペクトル画素からの信号で生成することで、混色の影響を低減した信号Ｂと信号Ｒを生成することができる。また、信号Ｇは、Ｇ画素からの信号を用いることで、マルチスペクトル画素からの信号による影響を受けずに信号Ｇを生成することができる。よって、ＲＧＢカラー画像用の信号の色再現をより向上させることができる。
また、図３２に示すように、マルチスペクトル画素からの信号に対しては、ＲＧＢセンサからの信号により補正することができるため、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能などを特性を改善することができる。
例えば、図３２に上図に示したように、マルチスペクトル画素からの信号も、混色による裾引きが大きい場合、ＲＧＢセンサからの信号のように半値幅の広いスペクトルの方が補正をかけやすい。
例えば、図２９を参照して説明した場合のように、ＭＳ４画素からの信号Ｍ４の周波数帯域Ｍ４とＭＳ５画素からの信号Ｍ５の周波数帯域Ｍ５が、緑色の周波数帯域Ｇに該当する場合、Ｇ画素からの信号Ｇの半値幅は、ＭＳ画素からの信号Ｍの半値幅よりも大きい。このようなＧ画素からの信号Ｇを用いて、ＭＳ４画素からの信号Ｍ４や、ＭＳ５画素からの信号Ｍ５を補正する場合、良好な補正を行える。
このように、ＲＧＢセンサからの信号（上記した例では、Ｇ画素からの信号）により、マルチスペクトル用の信号（信号Ｍ１乃至Ｍ８）を補正することができるため、マルチスペクトル画像の波長分解能を向上させることができる。
＜画像処理部の構成＞
上記したような処理を行う信号処理部１４（図１）の内部構成例を図３３に示す。図３３に示した信号処理部１４は、マルチスペクトル信号取得部４０１、信号Ｇ取得部４０２、信号ＲＢ生成部４０３、および信号生成部４０４を備える。
マルチスペクトル信号取得部４０１は、ＭＳ１乃至ＭＳ８画素から信号Ｍ１乃至Ｍ８の信号を取得し、信号ＲＢ生成部４０３に供給する。信号ＲＢ生成部４０３は、信号Ｍ１乃至Ｍ８を用いて、赤色の信号Ｒと青色の信号Ｂを生成し、信号生成部４０４に供給する。
なお、信号ＲＢ生成部４０３は、緑色の信号Ｇも生成し、信号生成部４０４に供給されるように構成することも可能である。
信号Ｇ取得部４０２は、Ｇ画素からの信号を取得し、信号生成部４０４に供給する。信号生成部４０４は、供給された信号を用いた上記した式（７）に基づく演算を行うことで、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成する。生成された信号は、出力部１５（図１）に供給される。
このようにして、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号が生成される。
なお、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号の両方を生成することはできるが、どちらか一方のみを生成するように信号処理部１４を構成することも、勿論可能である。
また、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成し、異なる出力先に出力する構成とすることも可能である。
また、Ｇ画素からの信号Ｇは、生成されるマルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号の輝度値の調整に係わる処理に用いられるようにしても良い。
また構成２（図２６）を適用した場合も、上記した構成１の場合と同様の処理で、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成することができるが、Ｗ画素からの信号Ｗは、生成されるマルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号の輝度値の調整に係わる処理に用いられるようにしても良い。
また、構成２を適用した場合、Ｇ画素は配置されていないため、緑色の信号Ｇは、上記した赤色の信号Ｒや青色の信号Ｂと同じく、マルチスペクトル画素からの信号Ｍから生成されるように構成することができるし、Ｗ信号から信号Ｒと信号Ｂを減算することで生成することもできる。一般的にはＷ画素から信号Ｒと信号Ｂを減算する方がＳＮＲの点からも有利である。
また、構成３（図２８）を適用した場合も、上記した構成１、構成２の場合と同様の処理で、マルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号を生成することができる。構成３を適用した場合、Ｇ画素からの信号ＧとＷ画素からの信号Ｗは、生成されるマルチスペクトル画像用の信号とＲＧＢカラー画像用の信号の輝度値の調整に係わる処理に用いられるようにしても良い。
＜他の色配置について＞
上記した実施の形態においては、図２３に示したように、マルチスペクトル画素とＧ画素を組み合わせた場合、図２６に示したように、マルチスペクトル画素とＷ画素を組み合わせた場合、または図２８に示したように、マルチスペクトル画素、Ｗ画素、およびＧ画素を組み合わせた場合を例に挙げて説明した。
上記した色配置に限らず、本技術を適用することは可能である。例えば、図３４に示すように、ＲＧＢのベイヤー配列とマルチスペクトル画素を組み合わせた色配置とすることも可能である。図３４に示した色配置は、２×２の４画素が、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびＭＳ画素に割り当てられている。
２×２の４画素に注目したとき、例えば、図３４の左上の４画素に注目したとき、４画素のうちの左上には、Ｇ１画素が配置され、右上には、Ｒ１画素が配置され、左下には、Ｂ１画素が配置され、右下には、Ｍ１画素が配置されている。
このように、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびＭＳ画素を配置した場合にも、上記した実施の形態を適用し、ＲＧＢ画素の色再現度を向上させ、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能を向上させることができる。このような色配置の場合、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素からの信号で、ＭＳ画素からの信号を補正したり、ＭＳ画素からの信号で、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素からの信号を補正したりする構成とすることができる。
また、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびＭＳ画素を、図３５に示したように配置した場合にも、本技術を適用することはできる。図３５に示した色配置も、ＲＧＢのベイヤー配列を基本とした配列とされている。
図３５の例えば、左上の２×２の４画素、右上の２×２の４画素、および左下の２×２の４画素は、それぞれＲＧＢのベイヤー配列とされ、右下の２×２の４画素は、ＭＳ画素だけが配置されている。
このように、ＭＳ画素をまとめて配置し、他の部分は、ＲＧＢのベイヤー配列とするような色配置に対しても、上記した実施の形態を適用し、ＲＧＢ画素の色再現度を向上させ、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能を向上させることができる。
さらに、図３６に示すように、ＲＧＢのベイヤー配列を基本とした配列に、ＭＳ画素を埋め込むような色配置も可能である。すなわち、ＭＳ画素は、画素アレイ３１内の画素アレイのうちの任意の位置に配置することが可能である。
このようなＭＳ画素を埋め込むような色配置の場合も、上記した実施の形態を適用し、ＲＧＢ画素の色再現度を向上させ、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能を向上させることができる。
なお、図３４、図３５、および図３６に示したＭＳ１画素、ＭＳ２画素、ＭＳ３画素、およびＭＳ４画素は同一の周波数帯域の電磁波を抽出するように設計されていても良いし、異なる周波数帯域の電磁波を抽出するように設計されていても良い。
さらに、Ｗ画素を追加した構成とすることも可能である。すなわち、例えば、図３７に示すように、Ｗ画素、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびＭＳ画素が配置されたような場合にも、本技術を適用できる。
図３７に示した例では、左上の２×２の４画素には、Ｇ１画素、Ｗ１画素、Ｗ３画素、およびＢ１画素が配置されている。右上の２×２の４画素には、Ｇ２画素、Ｗ２画素、Ｗ４画素、およびＲ１画素が配置されている。左下の２×２の４画素には、Ｇ３画素、ＭＳ１画素、Ｗ７画素、およびＲ２画素が配置されている。右下の２×２の４画素には、Ｇ４画素、Ｗ６画素、Ｗ８画素、およびＢ２画素が配置されている。
図３７に示した例では、Ｗ画素が多く配置されているため、Ｗ画素の一部が、ＭＳ画素に置き換えられた配置を示している。Ｗ画素は、輝度値の補正などに用いられるが、Ｇ画素も、同様に、輝度値の補正などに用いることができる。そこで、図示はしないが、Ｇ画素の一部を、ＭＳ画素に置き換えた配置としても良い。例えば、Ｇ４画素のところを、ＭＳ画素としても良い。
このようにＷ画素と組み合わせた色配置の場合も、上記した実施の形態を適用し、ＲＧＢ画素の色再現度を向上させ、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能を向上させることができる。
なお、上記した色配置は、一例であり、限定を示す記載ではない。本技術は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｗ画素などの画素と、マルチスペクトル画素（ＭＳ画素）を組み合わせる場合に適用できる。
また、上記した実施の形態においては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を例に挙げて説明したが、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）などの色を扱う場合にも、本技術は適用できる。すなわちＲＧＢ空間、ＹＣｂＣｒ空間などの色空間や、他の色空間であっても、本技術を適用することはでき、色空間に適した処理（例えば、式（７）に基づく演算）が実行される。
本技術によれば、ＲＧＢ画素の色再現度を向上させ、マルチスペクトル画素からの信号の波長分解能を向上させることができる。
また、マルチスペクトル画素は、画像を生成するための信号を得る画素として用いることができ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素などの通常画素と同等に扱うことができる。すなわち、マルチスペクトル画素を埋め込んだとしても、通常画素の画素数が減少し、解像度が低減するということを防ぐことができる。
本技術は、金属薄膜フィルタとして、ホールアレイ型のプラズモンフィルタや、ドットアレイ型のプラズモンフィルタを用いることができる。
また、本技術は、上述した裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサだけでなく、プラズモンフィルタを用いる他の撮像素子に適用することが可能である。例えば、表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、有機光電変換膜や量子ドット構造などを内包したフォトコンダクタ構造のイメージセンサ等に、本技術を適用することができる。
また、本技術は、例えば、図３８に示される積層型の固体撮像装置に適用することが可能である。
図３８Ａは、非積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置１０１０は、図３８Ａに示すように、１枚のダイ（半導体基板）１０１１を有する。このダイ１０１１には、画素がアレイ状に配置された画素領域１０１２と、画素の駆動その他の各種の制御を行う制御回路１０１３と、信号処理するためのロジック回路１０１４とが搭載されている。
図３８Ｂ及び図３８Ｃは、積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置１０２０は、図３８Ｂ及び図３８Ｃに示すように、センサダイ１０２１とロジックダイ１０２２との２枚のダイが積層され、電気的に接続されて、１つの半導体チップとして構成されている。
図３８Ｂでは、センサダイ１０２１には、画素領域１０１２と制御回路１０１３が搭載され、ロジックダイ１０２２には、信号処理を行う信号処理回路を含むロジック回路１０１４が搭載されている。
図３８Ｃでは、センサダイ１０２１には、画素領域１０１２が搭載され、ロジックダイ１０２４には、制御回路１０１３及びロジック回路１０１４が搭載されている。
さらに、本技術は、プラズモンフィルタ以外の金属薄膜を用いた金属薄膜フィルタに適用することができ、また応用例として、半導体材料を用いたフォトニック結晶や、ファブリーペロー干渉型フィルタへの適用の可能性も考えられる。
＜応用例＞
次に、本技術の応用例について説明する。
＜本技術の応用例＞
例えば、本技術は、図３９に示されるように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに応用することができる。
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供され
装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
以下、より具体的な応用例について説明する。
例えば、図１の撮像装置１０の各画素５１の狭帯域フィルタＮＢの透過帯域を調整することにより、撮像装置１０の各画素５１が検出する光の波長帯域（以下、検出帯域と称する）を調整することができる。そして、各画素５１の検出帯域を適切に設定することにより、撮像装置１０を様々な用途に用いることができる。
例えば、図４０は、食品のうまみや鮮度を検出する場合の検出帯域の例が示されている。
例えば、マグロや牛肉等のうまみ成分を示すミオグロビンを検出する場合の検出帯域のピーク波長は５８０〜６３０ｎｍの範囲内であり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。マグロや牛肉等の鮮度を示すオレイン酸を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９８０ｎｍであり、半値幅は５０〜１００ｎｍの範囲内である。小松菜などの葉物野菜の鮮度を示すクロロフィルを検出する場合の検出帯域のピーク波長は６５０〜７００ｎｍの範囲内であり、半値幅は５０〜１００ｎｍの範囲内である。
図４１は、果物の糖度や水分を検出する場合の検出帯域の例が示されている。
例えば、メロンの一品種であるらいでんの糖度を示す果肉光路長を検出する場合の検出帯域のピーク波長は８８０ｎｍであり、半値幅は２０〜３０ｎｍの範囲内である。らいでんの糖度を示すショ糖を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９１０ｎｍであり、半値幅は４０〜５０ｎｍの範囲内である。メロンの他の品種であるらいでんレッドの糖度を示すショ糖を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９１５ｎｍであり、半値幅は４０〜５０ｎｍの範囲内である。らいでんレッドの糖度を示す水分を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９５５ｎｍであり、半値幅は２０〜３０ｎｍの範囲内である。
りんごの糖度の糖度を示すショ糖を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９１２ｎｍであり、半値幅は４０〜５０ｎｍの範囲内である。みかんの水分を示す水を検出する場合の検出帯域のピーク波長は８４４ｎｍであり、半値幅は３０ｎｍである。みかんの糖度を示すショ糖を検出する場合の検出帯域のピーク波長は９１４ｎｍであり、半値幅は４０〜５０ｎｍの範囲内である。
図４２は、プラスチックの分別を行う場合の検出帯域の例が示されている。
例えば、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）を検出する場合の検出帯域のピーク波長は１６６９ｎｍであり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。ＰＳ（Poly Styrene）を検出する場合の検出帯域のピーク波長は１６８８ｎｍであり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。ＰＥ（Poly Ethylene）を検出する場合の検出帯域のピーク波長は１７３５ｎｍであり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。ＰＶＣ（Poly Vinyl Cloride）を検出する場合の検出帯域のピーク波長は１７１６〜１７２６ｎｍの範囲内であり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。ＰＰ（Polyepropylene）を検出する場合の検出帯域のピーク波長は１７１６〜１７３５ｎｍの範囲内であり、半値幅は３０〜５０ｎｍの範囲内である。
また、例えば、本技術は、切り花の鮮度管理に適用することができる。
さらに、例えば、本技術は、食品に混入している異物検査に適用することができる。例えば、本技術は、アーモンド、ブルーベリー、クルミ等のナッツや果物類に混入している皮、殻、石、葉、枝、木片等の異物の検出に適用することができる。また、例えば、本技術は、加工食品や飲料等に混入しているプラスチック片等の異物の検出に適用することができる。
さらに、例えば、本技術は、植生の指標であるＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）の検出に適用することができる。
また、例えば、本技術は、人の肌のヘモグロビン由来の波長５８０ｎｍ付近の分光形状、及び、人肌に含まれるメラニン色素由来の波長９６０ｎｍ付近の分光形状のどちらか一方、又は、両者に基づいて、人の検出に適用することができる。
さらに、例えば、本技術は、生体検知（生体認証）、ユーザインタフェース、サイン等の偽造防止及び監視等に適用することができる。
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術（本技術）は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図４３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４３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４４は、図４３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、例えば、カメラヘッド１１１０２や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像素子１２を、撮像部１１４０２に適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より詳細かつ高精度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。
＜移動体への応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術は、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４５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４５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１２０２０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４５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４６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図４６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４６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、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像装置１０を撮像部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、例えば、車外の情報をより詳細かつ高精度に取得することができ、自動運転の安全性の向上等を実現することができる。
なお、本技術の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、
前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素と
を備えた撮像素子。
（２）
異なる前記第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた複数の第１の画素からのそれぞれの信号から、第３の周波数帯域の信号を生成する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記第３の周波数帯域は、赤色の周波数帯域である
前記（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記第３の周波数帯域は、青色の周波数帯域である
前記（２）または（３）に記載の撮像素子。
（５）
前記第３の周波数帯域の信号と、前記第２の画素からの信号を用いて、カラー画像用の信号を生成する
前記（２）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６）
前記第３の周波数帯域の信号と、前記第２の画素からの信号を用いて、マルチスペクトル画像用の信号を生成する
前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記第１の画素は、前記第３の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、それぞれの周波数帯域の光を受光する画素である
前記（２）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）
前記第２の周波数帯域は、緑色の周波数帯域である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像素子。
（９）
前記第２の周波数帯域は、白色の周波数帯域である
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の撮像素子。
（１０）
前記金属薄膜フィルタは、プラズモン共鳴体により構成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記金属薄膜フィルタは、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記金属薄膜フィルタは、ドットアレイ構造のプラズモンフィルタである
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記金属薄膜フィルタは、ファブリーペロー干渉型フィルタである
前記（１）に記載の撮像素子。
（１４）
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、
前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素と
を備える
電子機器。
１０ 撮像装置， １１ 光学系， １２，１２Ａ乃至１２Ｃ 撮像素子， １４ 信号処理部， ３１ 画素アレイ， ５１ 画素， ６１ フォトダイオード， １０１ オンチップマイクロレンズ， １０２ 層間膜， １０３ 狭帯域フィルタ層， １０４ 層間膜， １０５ 光電変換素子層， １０６ 信号配線層， １０７ カラーフィルタ層， １０８ フィルタ層， １２１Ａ乃至１２１Ｄ プラズモンフィルタ， １３１Ａ乃至１３１Ｃ 導体薄膜， １３２Ａ乃至１３２Ｃ’ ホール， １３３Ａ，１３３Ｂ ドット， １３４Ａ，１３４Ｂ 誘電体層, １５１ プラズモンフィルタ, １６１Ａ 動体薄膜， １６２ ＳｉＯ２膜， １６３ ＳｉＮ膜， １６４ ＳｉＯ２基板， ２０３，２２１ 半導体チップ， ４０１ マルチスペクトル信号取得部， ４０２ 信号ＲＢ生成部， ４０３ 信号Ｇ取得部， ４０４ 信号生成部

Claims (15)

  1. 第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、
    前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素と
    を備え、
    前記第１の画素と前記第２の画素は、横方向および縦方向のそれぞれにおいて交互に配置されている
    撮像素子。
  2. ４×４の１６画素において、前記第１の画素は、８画素配置され、前記８画素の前記第１の画素は、異なる前記第１の周波数帯域の光を透過させる前記金属薄膜フィルタがそれぞれ備えられている
    請求項１に記載の撮像素子。
  3. 異なる前記第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた複数の第１の画素からのそれぞれの信号から、第３の周波数帯域の信号を生成する
    請求項１または２に記載の撮像素子。
  4. 前記第３の周波数帯域は、赤色の周波数帯域である
    請求項３に記載の撮像素子。
  5. 前記第３の周波数帯域は、青色の周波数帯域である
    請求項３に記載の撮像素子。
  6. 前記第３の周波数帯域の信号と、前記第２の画素からの信号を用いて、カラー画像用の信号を生成する
    請求項３乃至５のいずれかに記載の撮像素子。
  7. 前記第３の周波数帯域の信号と、前記第２の画素からの信号を用いて、マルチスペクトル画像用の信号を生成する
    請求項３乃至６のいずれかに記載の撮像素子。
  8. 前記第１の画素は、前記第３の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、それぞれの周波数帯域の光を受光する画素である
    請求項３乃至７のいずれかに記載の撮像素子。
  9. 前記第２の周波数帯域は、緑色の周波数帯域である
    請求項１乃至８のいずれかに記載の撮像素子。
  10. 前記第２の周波数帯域は、白色の周波数帯域である
    請求項１乃至９のいずれかに記載の撮像素子。
  11. 前記金属薄膜フィルタは、プラズモン共鳴体により構成されている
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の撮像素子。
  12. 前記金属薄膜フィルタは、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタである
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の撮像素子。
  13. 前記金属薄膜フィルタは、ドットアレイ構造のプラズモンフィルタである
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の撮像素子。
  14. 前記金属薄膜フィルタは、ファブリーペロー干渉型フィルタである
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の撮像素子。
  15. 撮像素子と、
    前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
    を備え、
    前記撮像素子は、
    第１の周波数帯域の光を透過させる金属薄膜フィルタを備えた第１の画素と、
    前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域の光を透過させるカラーフィルタを備えた第２の画素と
    を備え、
    前記第１の画素と前記第２の画素は、横方向および縦方向のそれぞれにおいて交互に配置されている
    電子機器。
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