(57)【要約】【課題】各種の構成部材と偏光部材との位置関係の最適化が図られた２次元固体撮像装置を提供する。【解決手段】２次元固体撮像装置においては、複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、各画素領域は複数の副画素領域から構成されており、各副画素領域は光電変換素子を有しており、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つあるいは少なくとも１つの副画素領域の光入射側にはワイヤーグリッド・タイプの偏光部材が配置されており、各副画素領域は、偏光部材と同じ材料から構成され、偏光部材と同じ仮想平面上に配置された配線層を有し、あるいは又、偏光部材と同じ仮想平面上に配置された遮光層を有し、あるいは又、偏光部材と同じ仮想平面上に配置されたカラーフィルターを有している。【選択図】  図１
2010263158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている２次元固体撮像装置。
【請求項２】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている２次元固体撮像装置。
【請求項３】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、残りの副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている２次元固体撮像装置。
【請求項４】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する２次元固体撮像装置。
【請求項５】
Ｑ＝４である請求項４に記載の２次元固体撮像装置。
【請求項６】
各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている請求項４に記載の２次元固体撮像装置。
【請求項７】
各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている請求項４に記載の２次元固体撮像装置。
【請求項８】
偏光部材が配置されていない副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている請求項４に記載の２次元固体撮像装置。
【請求項９】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法であって、
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとしたとき、
画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Ｉqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求め、
求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-max及び偏光最小強度ＩPL-minとする２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【請求項１０】
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正する請求項９に記載の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【請求項１１】
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、偏光部材が配置されていない副画素領域の近傍に位置し、偏光部材が配置された副画素領域から導かれた光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正する請求項１０に記載の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【請求項１２】
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度Ｉqを、偏光部材を有する副画素領域と同じ検出波長帯を有し、偏光部材を有していない、隣接する副画素領域における入射光の光強度によって補正する請求項９に記載の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【請求項１３】
Ｑ＝４である請求項９に記載の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【請求項１４】
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法であって、
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとしたとき、
光強度Ｉqの内の最大値Ｉmaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxとし、
Ｉmaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Ｉqの内の最小値Ｉminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度ＩPL-minとする２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元固体撮像装置、及び、２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ（ビデオカメラといった撮影部と録画部とを一体型にしたもので、カメラ・アンド・レコーダの略称）等、被写体を２次元固体撮像素子から成る光電変換素子にて撮影して画像化する２次元固体撮像装置が増えている。現在主流の固体撮像素子であるＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子は、可視光波長から近赤外線に亙り幅広い感度を有しており、色鮮やかなカラー画像を描画することができる。しかしながら、光電変換素子そのものは、偏光に対して感度を有していない。即ち、光の有する偏光情報は用いられずに捨てられているのが、現在の２次元固体撮像装置が置かれている状況である。
【０００３】
太陽光は無偏光であるが、その光を反射・散乱した光には反射面の表面状態に起因した偏光成分が含まれている。例えば、日中の空や雪景色等には、特定の方向に偏った偏光成分が多く含まれる。その他、ショーウィンドウ等のガラスを挟んでの撮影、水面や湖面での撮影等、「界面」を挟んで撮影を行う場合、偏光成分と無偏光成分とを分離することで、画像のコントラストを改善することができるし、不要な情報を削除することもできる。例えば、風景写真において青空をより群青に見せたいときや、ショーウィンドウの反射成分を除去したい場合等に、偏光素子は有用である。
【０００４】
従来、このような偏光成分と無偏光成分との分離のためには、レンズの前面に偏光フィルター（ＰＬフィルター）を装着し、偏光フィルターを回転させることで偏光成分を強調し、あるいは、低減した状態で、撮影を行うことが一般的である。しかしながら、
［１］偏光フィルターは１度に１方向の偏光成分しか取得できない。
［２］画面全域で１種類（１方向）の偏光情報しか取得できない。
［３］偏光フィルターを回転させて偏光成分の強調・低減の調節を行う必要がある。
等、使い勝手の面で問題がある。
【０００５】
上述の２次元固体撮像装置に用いられる固体撮像素子の画素数は一千万画素を超えるようになってきている。また、半導体製造プロセスの進歩、改善によるリソグラフィ技術を基本とした微細加工技術によって、１００ｎｍを下回るスケールでの微細構造が実現可能になってきている。これらの技術的な素地に基づき、通常の撮影に加えて偏光情報も同時に取得可能な固体撮像素子の開発、検討が進められている。
【０００６】
ここで、４方向の偏光方向と偏光成分に関する強度（以下、『偏光成分強度』と呼ぶ場合がある）とを同時に取得し、偏光方向及び偏光成分強度を得る装置が、例えば、特開２００７−０８６７２０に開示されている。また、ワイヤーグリッド（導体格子）で表面プラズモン・ポラリトン共鳴を生じさせる方法及び光学素子が、特表２００７−５０１３９１に開示されている。
【０００７】
ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材は、主にマイクロ波やミリ波、サブミリ波など、可視光の波長に比べて波長が長い電磁波帯で用いられてきた技術であり、周波数分離や偏光成分を取り出す素子として、古くから知られている。ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材を用いて偏光成分の分離を行うには、一般に、電磁波の波長と同程度以下の間隔（ピッチ）でワイヤーグリッドを設ける必要がある。それ故、波長が４００〜７００ｎｍ程度の可視光波長帯での使用に適した偏光部材の実現は、近年になるまで困難であった。しかしながら、半導体製造プロセスの進歩、改善より、可視光波長帯でも十分実用可能なレベルに到達しており、ワイヤーグリッド（導体格子）タイプの偏光部材の今後の応用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０８６７２０
【特許文献２】特表２００７−５０１３９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開２００７−０８６７２０に開示された技術にあっては、偏光方向及び偏光成分強度を得るために、屈折率の異なる２種類の光学部材を入射光の伝播方向に積層した多層膜（フォトニック結晶）を偏光部材として用いることを主眼に置いている。多層膜は入射波長の１／４に相当する光学膜厚を基本構造とする。つまり、多層膜の１周期が半波長の光学膜厚に相当する。この周期構造を約１０層ほど積層することで、偏光検出機能を実現しているため、偏光部材の厚さは少なくとも数μｍ程度が必要とされる。偏光素子の厚さが増すほど、斜め入射光による隣接画素との混色や、媒質中を伝播する光の減衰・散乱による感度低下が問題になる。また、特開２００７−０８６７２０中には、偏光部材としてワイヤーグリッド（導体格子）を用いることにも言及しているが、素材、線幅、配置位置等についての具体的な言及はなく、実現性に乏しい。一方、特表２００７−５０１３９１では、近接場光の検出センサーの光学素子としてワイヤーグリッド（導体格子）を用いているが、偏光情報の取得が目的ではなく、また、偏光情報を取得するために最低限必要な３種類以上の偏光素子を配置する方法や、偏光情報の抽出に必要なアルゴリズムに関する言及はない。
【００１０】
また、特開２００７−０８６７２０に開示された装置にあっては、１つの画素領域は４つの副画素領域から構成されており、各副画素領域にワイヤーグリッド・タイプの偏光部材が設けられている。そして、各副画素領域に設けられた偏光部材からの光を光電変換素子によって検出している。従って、各副画素領域を構成する光電変換素子が受光する光量や光強度が、偏光部材を設けない場合と比べて減少し（即ち、感度の低下が生じ）、しかも、各副画素領域によって減少の割合が異なるといった問題がある。更には、各副画素領域における光電変換素子が受光する光量や光強度に対する演算処理が複雑になるといった問題もある。また、これらの公報に開示された装置においては、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材と光電変換素子の動作を制御する配線層との位置関係、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材と光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層との位置関係、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材とカラーフィルターとの位置関係に関して、何ら、言及されていない。
【００１１】
従って、本発明の第１の目的は、偏光部材と光電変換素子の動作を制御する配線層との位置関係の最適化、偏光部材と光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層との位置関係の最適化、偏光部材とカラーフィルターとの位置関係の最適化が図られた２次元固体撮像装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、感度の低下が生じ難い構成、構造を有する２次元固体撮像装置を提供することにある。更には、本発明の第３の目的は、感度の低下が生じ難い構成、構造を有する２次元固体撮像装置を用い、しかも、光電変換素子が受光する光量や光強度に対する演算処理の複雑化を招くことのない偏光光データ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第３の態様に係る２次元固体撮像装置、あるいは又、上記の第２の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置においては、
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制する。
【００１３】
そして、上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、
偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている。
【００１４】
また、上記の第１の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層を有しており、
偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている。
【００１５】
更には、上記の第１の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、残りの副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、
カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている。
【００１６】
また、上記の第２の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する。
【００１７】
上記の第３の目的を達成するための本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法は、
複数の画素領域が２次元マトリクス状に配列されており、
各画素領域は、複数の副画素領域から構成されており、
各副画素領域は、光電変換素子を有しており、
各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、
偏光部材は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されており、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制し、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法である。
【００１８】
そして、本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとしたとき、
画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Ｉqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求め、
求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-max及び偏光最小強度ＩPL-minとする。
【００１９】
また、本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとしたとき、
光強度Ｉqの内の最大値Ｉmaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxとし、
Ｉmaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Ｉqの内の最小値Ｉminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度ＩPL-minとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、光電変換素子の動作を制御する配線層と偏光部材とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている。従って、配線層と偏光部材とを、同時に、同じプロセスにて形成することができる。即ち、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材と配線層との位置関係の製造プロセス上における最適化が図られており、製造プロセスを増やすことなく偏光部材を得ることができ、２次元固体撮像装置の製造コストの低減化を図ることができる。また、本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層と偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている。従って、遮光層と偏光部材とを、同時に、同じプロセスにて形成することができる。即ち、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材と遮光層との位置関係の製造プロセス上における最適化が図られており、２次元固体撮像装置の製造コストの低減化を図ることができる。このように、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る２次元固体撮像装置は、汎用性の高い半導体装置の製造プロセスを適用しての製造が可能である。また、偏光部材の層を追加する必要がないため、２次元固体撮像装置全体の低背化構造を達成することができるし、偏光部材を設けることで２次元固体撮像装置の厚さが厚くなることもない。更には、本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている。従って、偏光部材を有する副画素領域の高さと、カラーフィルターを有する他の副画素領域の高さに差が生じ難い。また、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、偏光部材の厚さを０．１μｍ程度にまで薄くできるので、全体として、２次元固体撮像装置の低背化をより確実に達成することができる。
【００２１】
偏光部材は、特定方向の偏光成分のみを透過させ、それ以外の偏光成分は反射・吸収する。そのため、偏光部材を備えた副画素領域は、偏光部材を備えていない副画素領域と比較して、感度が低くなるといった問題を有している。本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置にあっては、各画素領域を構成する複数（Ｍ0個とする）の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側に偏光部材が配置されており、Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、Ｑ個（Ｑ≦Ｑ0）の偏光部材が配されている。即ち、１つの画素領域群を構成する合計Ｑ0×Ｍ0個の副画素領域に対してＱ個の偏光部材が配置されているだけである。それ故、画素領域全体において偏光部材の配置に起因した感度の低下を最小に抑えることができる。そして、画素領域間の演算処理により各画素領域の位置での偏光成分に関する強度（偏光成分強度）や偏光方向を算出することで、感度の低下を最小限に抑えつつ、空間解像度を若干犠牲にした偏光情報を得ることができる。また、１つの画素領域群を構成する合計Ｑ0×Ｍ0個の副画素領域に対してＱ個の偏光部材が配置されているだけであるが故に、光電変換素子が受光する光量や光強度に対する演算処理の複雑化を招くこともない。
【００２２】
従来の偏光フィルターはレンズの全面に１枚の偏光フィルターを装着する方式が主である。そのため、１枚の画像においては１方向の偏光成分しか取得することができず、偏光成分強度や偏光方向の情報を取得するには、偏光フィルターを回転させて複数枚の画像を取得する必要がある。つまり、リアルタイムでの偏光成分強度や偏光方向等の情報を得ることは、事実上、不可能であった。一方、本発明の２次元固体撮像装置等にあっては、画素領域毎に方位角の異なる偏光部材を備えているため、１枚の画像から偏光方向、偏光成分強度の情報を得ることが可能であるし、１枚の画像の種々の領域、部分において個別に偏光方向、偏光成分強度の情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の２次元固体撮像装置の模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の２次元固体撮像装置の模式的な一部断面図である。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の２次元固体撮像装置の模式的な一部断面図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、偏光部材の部分的な模式的平面図である。
【図５】図５は、実施例１における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図６】図６は、実施例１における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施例１における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施例１における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図９】図９は、実施例１における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１における副画素領域の別の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る２次元固体撮像装置を適用し得る２次元固体撮像装置における副画素領域の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る２次元固体撮像装置を適用し得る２次元固体撮像装置における副画素領域の別の平面レイアウト図を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、ワイヤーグリッド（導体格子）タイプの偏光部材を通過する光等を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の第１の態様〜第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の第１の態様、第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法）
３．実施例２（本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法）
４．実施例３（本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置）
５．実施例４（本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置、その他）
【００２５】
［本発明の第１の態様〜第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法、全般に関する説明］
本発明の第１の態様〜第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置において、複数の画素領域は、全体としてＸ方向及びＹ方向の２次元マトリクス状に配列されている。
【００２６】
本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置において、場合によっては、各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている構成とすることができる。尚、この場合、カラーフィルターとして、導体格子構造を有するカラーフィルターを用いることが好ましい。
【００２７】
本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、Ｑ＝４とすることができるが、これに限定するものではない。ここで、Ｑ＝４とする場合、
θ2＝θ1＋  ４５    （度）
θ3＝θ1＋  ９０    （度）
θ4＝θ1＋１３５    （度）
となる。尚、Ｑ＝３とした場合には、
θ2＝θ1＋  ６０    （度）
θ3＝θ1＋１２０    （度）
となるし、Ｑ＝６とした場合には、
θ2＝θ1＋  ３０    （度）
θ3＝θ1＋  ６０    （度）
θ4＝θ1＋  ９０    （度）
θ5＝θ1＋１２０    （度）
θ6＝θ1＋１５０    （度）
となる。また、限定するものではないが、Ｑ0＝４の構成、即ち、画素領域群は２×２の４つの画素領域から構成されている構成とすることができるし、Ｑ0＝６の構成、即ち、画素領域群は２×３の６つの画素領域から構成されている構成とすることができるし、Ｑ0＝９の構成、即ち、画素領域群は３×３の９つの画素領域から構成されている構成とすることができる。
【００２８】
上記の好ましい構成を含む本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置を、本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置と組み合わせることができる。即ち、各副画素領域は、更に、光電変換素子の動作を制御する配線層を有しており、偏光部材と配線層とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている形態とすることができる。あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置を、本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置と組み合わせることができる。即ち、各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層を有しており、偏光部材と遮光層とは、同一仮想平面上に配置されている形態とすることができる。あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置を、本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置と組み合わせることができる。即ち、偏光部材が配置されていない副画素領域の光入射側にはカラーフィルターが配置されており、カラーフィルターと偏光部材とは、同一仮想平面上に配置されている形態とすることができる。
【００２９】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度（偏光成分強度）を、光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正する形態とすることができる。そして、この場合、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度（偏光成分強度）を、偏光部材が配置されていない副画素領域の近傍に位置し、偏光部材が配置された副画素領域から導かれた光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正することが好ましい。あるいは又、本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度Ｉqを、偏光部材を有する副画素領域と同じ検出波長帯を有し、偏光部材を有していない、隣接する副画素領域における入射光の光強度によって補正する形態とすることができる。
【００３０】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置（以下、これらを総称して、単に、『本発明の２次元固体撮像装置等』と呼ぶ場合がある）において、１つの副画素領域は１つの光電変換素子を有しているが、光電変換素子として、周知のＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型、ＣＭＤ（Charge Modulation Device）型の信号増幅型イメージセンサーを挙げることができる。
【００３１】
本発明の２次元固体撮像装置等において、偏光部材（偏光素子）は、複数の帯状の導電遮光材料層、及び、導電遮光材料層と導電遮光材料層との間に設けられたスリット領域から構成されているが、導電遮光材料層を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、あるいは、これらの金属を含む合金といった、光電変換素子が感度を有する波長域において複素屈折率の小さい導体材料を挙げることができる。あるいは又、カーボンナノチューブ等の線状材料を格子状に配置して複数の帯状の導電遮光材料層を得ることもできるし、金や銀、ＣｄＳｅ等のナノ粒子を格子状に配置若しくは印刷することで複数の帯状の導電遮光材料層を得ることもできる。帯状の導電遮光材料層の形成ピッチＰ0として、入射する光の波長の１／２乃至１／２０を例示することができる。スリット領域の幅（導電遮光材料層の延びる方向と直交する方向における長さ。以下においても同様）ＷSと帯状の導電遮光材料層の幅ＷCの関係として、
０．５ＷC≦ＷS≦５ＷC
を例示することができる。尚、ＷSは５×１０-8ｍ以上であることが望ましい。偏光部材の作製方法として、導電遮光材料層の成膜技術、並びに、リソグラフィ技術とエッチング技術（例えば、四フッ化炭素ガス、六フッ化硫黄ガス、トリフルオロメタンガス、二フッ化キセノンガス等を用いた異方性ドライエッチング技術や、物理的エッチング技術）による導電遮光材料層のパターニング技術との組合せ、リソグラフィ技術とエッチング技術による基体における凹凸部の形成、並びに、基体の凸部頂面における導電遮光材料層の成膜技術との組合せ、あるいは又、所謂リフトオフ技術を挙げることができる。導電遮光材料層の成膜方法として、各種の真空蒸着法やスパッタリング法といった物理的気相成長法（ＰＶＤ法）だけでなく、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、メッキ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法を挙げることができる。リソグラフィ技術として、フォトリソグラフィ技術（高圧水銀灯のｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等を光源として用いたリソグラフィ技術）、電子線リソグラフィ技術、Ｘ線リソグラフィを挙げることができる。あるいは又、フェムト秒レーザ等の極短時間パルスレーザによる微細加工技術や、ナノインプリント法に基づき、帯状の導電遮光材料層を形成することもできる。スリット領域の平面形状として、細長い矩形形状を挙げることができるが、これに限定するものではなく、スリット領域を、例えば、長方形の開口部の集合から構成することもできる。但し、この場合には、長方形の長軸（帯状の導電遮光材料層の延在方向）の長さは、スリット領域に入射する波長λ0の光の実効波長（スリット領域に充填された媒質の屈折率をｎ0としたとき、λ0／ｎ0）よりも有意に大きいことが必要とされる。スリット領域は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の入射光を透過する媒質（誘電体材料）で充填されていることが好ましい。但し、これに限定するものではなく、スリット領域は、気体若しくは導電性のない液体で充填されていてもよい。一例として、可視光波長を考えた場合、赤色、緑色、青色のそれぞれの波長λR，λG，λBはおおよそ、
λR：６００ｎｍ〜８００ｎｍ
λG：５００ｎｍ〜６００ｎｍ
λB：３８０ｎｍ〜５００ｎｍ
であるので、媒質の屈折率を１．５とした場合の媒質中の波長λ’R，λ’G，λ’Bは、
λ’R：４００ｎｍ〜５３０ｎｍ
λ’G：３３０ｎｍ〜４００ｎｍ
λ’B：２５０ｎｍ〜３３０ｎｍ
となり、帯状の導電遮光材料層の形成ピッチＰ0は、波長λ’R，λ’G，λ’Bの１／２以下であることが望ましい。また、導電遮光材料層の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。導電遮光材料層の厚さが薄すぎると入射光を遮ることができなくなるので、導電遮光材料層の厚さの下限は入射光を十分に遮るような厚さとすればよい。
【００３２】
本発明の第１の態様〜第２の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、各画素領域を構成する複数（Ｍ0個）の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されているが、より具体的には、偏光部材が配置されている副画素領域の数をｍ0としたとき、ｍ0の値は「１」であることが好ましい。但し、これに限定するものではなく、２以上、Ｍ0以下であってもよい。
【００３３】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置の好ましい形態にあっては偏光部材と配線層とは同じ材料から構成されているが、具体的には、係る材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）を挙げることができる。偏光部材と配線層とは同一仮想平面上に配置されているが、ここでの「仮想平面」には製造上発生し得る凹凸が包含される。
【００３４】
本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置の好ましい形態にあっては遮光層を有しているが、係る遮光層を構成する材料として、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等を挙げることができる。尚、入射光を効率良く反射・吸収し、十分な遮光特性を有する部材であれば、如何なる部材も遮光部材として用いることができる。遮光層と偏光部材とを、同じ材料から構成することもできる。偏光部材と遮光層とは同一仮想平面上に配置されているが、ここでの「仮想平面」には製造上発生し得る凹凸が包含される。
【００３５】
本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第４の態様の好ましい形態における２次元固体撮像装置にあってはカラーフィルターが配置されているが、カラーフィルターとして、赤色、緑色、青色、シアン色、マゼンダ色、黄色等の特定波長を透過させるフィルターを挙げることができる。カラーフィルターを、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系のカラーフィルターから構成するだけでなく、フォトニック結晶や、導体グリッド（導体薄膜に格子状の穴構造を設けた導体格子構造を有するカラーフィルター。例えば、特開２００８−１７７１９１参照）、アモルファスシリコン等の無機材料から成る薄膜から構成することもできる。カラーフィルターと偏光部材とは同一仮想平面上に配置されているが、ここでの「仮想平面」には製造上発生し得る凹凸が包含される。
【００３６】
本発明の２次元固体撮像装置等は単板式であり、カラーフィルターの配列として、ベイヤ配列、インターライン配列、ＧストライプＲＢ市松配列、ＧストライプＲＢ完全市松配列、市松補色配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、原色色差配列、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、ＭＯＳ型配列、改良ＭＯＳ型配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列を挙げることができる。あるいは又、例えば、ベイヤ配列の場合、２×２の副画素領域の内の３つの副画素領域のそれぞれに、赤色、緑色、青色のカラーフィルターを配置し、本来、緑色のカラーフィルターを配置すべき残りの１つの副画素領域にはカラーフィルターを配置せず、この残りの１つの副画素領域に偏光部材を配置する構成とすることができる。あるいは又、ベイヤ配列の場合、２×２の副画素領域の内の３つの副画素領域のそれぞれに、赤色、緑色、青色のカラーフィルターを配置し、残りの１つの副画素領域に緑色のカラーフィルターと偏光部材を配置する構成とすることもできる。色分離や分光を目的としない場合、若しくは、光電変換素子それ自体が特定波長に感度を有するような光電変換素子にあっては、フィルターは不要な場合がある。また、カラーフィルターを配置しない副画素領域にあっては、カラーフィルターを配置した副画素領域との間の平坦性を確保するために、カラーフィルターの代わりに透明な樹脂層を形成してもよい。
【００３７】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、画素領域に入射する光の偏光最大強度（偏光成分強度の最大値）ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Ｉqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求めるが、ここで、正弦関数は、例えば、フーリエ解析法や最小二乗法に基づき求めることができる。正弦関数と余弦関数とは等価である。
【００３８】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置として、表面照射型の２次元固体撮像装置を挙げることができる。また、本発明の第２の態様〜第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置として、表面照射型の２次元固体撮像装置あるいは裏面照射型の２次元固体撮像装置を挙げることができる。また、これらの２次元固体撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダを構成することができる。
【００３９】
一般に、ワイヤーグリッド（導体格子）タイプの偏光部材は、導体材料から成る１次元若しくは２次元の格子状構造を有する。図１３に概念図を示すように、ワイヤーグリッドの形成ピッチＰ0が入射する電磁波の波長よりも有意に小さい場合、ワイヤーグリッドの延在方向に平行な平面で振動する電磁波は、選択的にワイヤーグリッドにて反射・吸収される。そのため、偏光部材に到達する電磁波には縦偏光成分と横偏光成分が含まれるが、ワイヤーグリッドを通過した電磁波は縦偏光成分が支配的な直線偏光となる。ここで、可視光波長帯に着目して考えた場合、ワイヤーグリッドの形成ピッチＰ0がワイヤーグリッドへ入射する電磁波の波長と同程度以下である場合、ワイヤーグリッドの延在方向に平行な面に偏った偏光成分はワイヤーグリッドの表面で反射若しくは吸収される。一方、ワイヤーグリッドの延在方向に垂直な面に偏った偏光成分を有する電磁波がワイヤーグリッドに入射すると、ワイヤーグリッドの表面を伝播した電場がワイヤーグリッドの裏面から入射波長と同じ波長の電磁波を再放射すると考えられており、入射電磁波波長とワイヤーグリッドの周期構造が表面プラズモン・ポラリトンを励起する分散関係を満たす条件においては、ワイヤーグリッドの形成ピッチＰ0で決まるカットオフ周波数よりも長波長の光が透過する興味深い現象も報告されている（文献：T.W.Ebbesen et al., Nature, Vol391, p667, 1998）。更には、可視光波長程度の周期構造を有する偏光部材の近傍（ワイヤーグリッドからの距離が電磁波の波長よりも短い所に位置する領域）には、電磁波とワイヤーグリッドを構成する材料中の電子や分極とがカップリングした表面プラズモン・ポラリトンが発生し、それによる急峻な電場変化によって非伝播光である近接場光が形成される。近接場光は電磁波長程度の広がりしか持たないが、非常に強力な電場を形成することが数値シミュレーションにより報告されている（文献：L.Salomon et al., Physical Review Letters, Vol.86, No.6, p1110, 2001）。本発明の２次元固体撮像装置等における偏光部材は、このようなワイヤーグリッド（導体格子）タイプの偏光部材から構成されている。
【実施例１】
【００４０】
実施例１は、本発明の第１の態様及び第４の態様に係る２次元固体撮像装置、本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法に関する。実施例１の２次元固体撮像装置の模式的な一部断面図を図１の（Ａ）あるいは（Ｂ）に示し、実施例１における副画素領域１２０の平面レイアウト図を模式的に図５〜図９に示し、偏光部材１３０の部分的な平面図を図４の（Ａ）あるいは（Ｂ）に示す。
【００４１】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４における２次元固体撮像装置は、複数の画素領域が、全体としてＸ方向及びＹ方向の２次元マトリクス状に配列されており、各画素領域は複数（実施例にあっては、Ｍ0＝４）の副画素領域１２０から構成されており、各副画素領域１２０は光電変換素子（受光素子）２１を有している。
【００４２】
そして、偏光部材１３０は、複数の帯状の導電遮光材料層３１、及び、導電遮光材料層３１と導電遮光材料層３１との間に設けられたスリット領域３２から構成されており、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と直交する方向の偏光成分を有する光を通過させ、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と平行な方向の偏光成分を有する光の通過を抑制する（図１３の概念図参照）。即ち、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材１３０は、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と直交する方向の偏光成分に対して感度を有し、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と平行な方向の偏光成分に対しては感度を有していない。偏光部材１３０によって、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と直交する方向の偏光成分が取得され、帯状の導電遮光材料層３１の延びる方向と平行な方向の偏光成分は廃棄される。
【００４３】
本発明の第１の態様に係る２次元固体撮像装置に則して説明すると、実施例１の２次元固体撮像装置にあっては、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域（実施例にあっては、ｍ0＝１であり、１つの副画素領域１２０）の光入射側には偏光部材１３０が配置されている。更には、各副画素領域１２０は、光電変換素子２１の動作を制御する配線層２５を有しており、偏光部材１３０と配線層２５とは、同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている。
【００４４】
また、本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置、あるいは、本発明の第１の態様に係る偏光光データ処理方法における２次元固体撮像装置に則して説明すると、実施例１の２次元固体撮像装置にあっては、
各画素領域を構成する複数の副画素領域１２０の内、１つの副画素領域１２０の光入射側には偏光部材１３０が配置されており、
Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３であり、実施例にあっては、Ｑ0＝４）から構成された画素領域群において、
第ｑ番目（但し、ｑ＝１）の画素領域を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθ1とし、
第１番目の画素領域を除く残りの画素領域から（Ｑ−１）個の画素領域（但し、Ｑは３以上、Ｑ0以下の正の整数であり、実施例にあっては、Ｑ＝４）を選択し、選択された第ｑ番目の画素領域（但し、２≦ｑ≦Ｑ）を構成する副画素領域における偏光部材において帯状の導電遮光材料層の延びる方向と所定の方向との成す角度をθqとしたとき、
θq＝θ1＋（１８０／Ｑ）×（ｑ−１）    （度）
を満足する。具体的には、
θ2＝θ1＋  ４５    （度）
θ3＝θ1＋  ９０    （度）
θ4＝θ1＋１３５    （度）
である。
【００４５】
実施例にあっては、光電変換素子２１を電界増幅型イメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）から構成している。ここで、図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す２次元固体撮像装置は、表面照射型の２次元固体撮像装置である。偏光部材１３０及び配線層２５は、アルミニウム（Ａｌ）から構成されている。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４の２次元固体撮像装置にあっては、光電変換素子２１が検出（受光）する電磁波は、可視光である。また、各副画素領域１２０は、必要に応じて、カラーフィルター２２を備えている。図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す表面照射型の２次元固体撮像装置にあっては、オンチップ・マイクロ凸レンズから成る集光素子２６によって集光された光は、カラーフィルター２２、ＳｉＯ2やＳｉＮといった透明な物質から成る平滑化層２４、偏光部材１３０を通過し、更に、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）から成る遮光層２３の開口領域を通過して、光電変換素子２１に導かれる。そして、光は、光電変換により電荷として蓄積された後、電気信号として外部に読み出される。尚、参照番号１１はシリコン基板から成る基板を示す。光電変換素子２１は基板１１に形成されている。集光素子を、オンチップ・マイクロ凸レンズの他にも、光電変換素子２１に入射する電磁波（例えば、可視光）の波長よりも小さい物理スケールの周期構造を有するサブ波長レンズ（Sub-Wavelength Lens：ＳＷＬＬ）から構成することができる。図５に示す例にあっては、偏光部材１３０を備えた副画素領域は、カラーフィルターを備えていない。
【００４６】
偏光部材１３０において、限定するものではないが、帯状の導電遮光材料層３１の形成ピッチＰ0、スリット領域３２の幅ＷS、帯状の導電遮光材料層の幅ＷC、帯状の導電遮光材料層３１の厚さｔ0を、
ＰS＝１００ｎｍ
ＷS＝  ５０ｎｍ
ＷC＝  ５０ｎｍ
ｔ0＝  ５０ｎｍ
とした。尚、図４の（Ａ）に図示するように、スリット領域３２の平面形状を、細長い矩形形状とすることもできるし、図４の（Ｂ）に図示するように、長方形の開口部の集合から構成することもできる。但し、後者の場合には、長方形の長軸の長さは、スリット領域３２を通過する光の実効波長（λ0／ｎ0）よりも有意に長いことが必要とされる。スリット領域３２は、平滑化層２４を構成する材料と同じ材料で埋め込まれている。
【００４７】
図５〜図９、あるいは後述する図１０〜図１２に図示する副画素領域１２０の平面レイアウト図において、「Ｒ」を付した副画素領域は、赤色カラーフィルターを備えた副画素領域（赤色表示副画素領域Ｒ）を示し、「Ｇ」を付した副画素領域は、緑色カラーフィルターを備えた副画素領域（緑色表示副画素領域Ｇ）を示し、「Ｂ」を付した副画素領域は、青色カラーフィルターを備えた副画素領域（青色表示副画素領域Ｂ）を示し、「Ｗ」を付した副画素領域は、カラーフィルターを備えていない副画素領域（白色表示副画素領域Ｗ）を示す。実施例１〜実施例４にあっては、赤色表示副画素領域Ｒ、緑色表示副画素領域Ｇ、青色表示副画素領域Ｂには、偏光部材１３０は設けられていない。また、複数の水平線を付した白色表示副画素領域Ｗは、第１番目（ｑ＝１）の画素領域において配置された偏光部材を示し、複数の斜め４５度の線分を付した白色表示副画素領域Ｗは、第２番目（ｑ＝２）の画素領域において配置された偏光部材を示し、複数の垂直線を付した白色表示副画素領域Ｗは、第３番目（ｑ＝３）の画素領域において配置された偏光部材を示し、複数の斜め１３５度の線分を付した白色表示副画素領域Ｗは、第４番目（ｑ＝４）の画素領域において配置された偏光部材を示す。点線で囲まれた領域が画素領域であり、一点鎖線で囲まれた領域が画素領域群である。図示したカラーフィルターの配列は、基本的にはベイヤ配列であるが、２×２の副画素領域の内の３つの副画素領域のそれぞれに、赤色、緑色、青色のカラーフィルターを配置し、残りの１つの副画素領域にはカラーフィルターを配置せず、この残りの１つの副画素領域に偏光部材１３０を配置している。
【００４８】
偏光情報は、例えば、反射光の除去を行う等、特殊な撮影モードにおいて用いられる。そして、一般には、通常撮像と同じ空間解像度（レゾリューション）は必要ない場合が多い。また、偏光部材１３０を備えた副画素領域１２０は、偏光部材１３０により一部の光を捨てる構造であるが故に、他の副画素領域に比べて感度が劣る。図５に示すように偏光部材１３０を特定の周期で配置することによって、偏光部材を備えていない副画素領域の比率が高くなり、２次元固体撮像装置全体の感度低下を最小限に抑えることが可能となる。図５においては、偏光部材１３０を有する副画素領域１２０をＸ方向及びＹ方向に１副画素領域飛ばしに配置したが、２副画素領域飛ばし、３副画素領域飛ばしに配置に配置してもよいし、偏光部材１３０を有する副画素領域１２０を、千鳥格子状に配置してもよい。
【００４９】
２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとする。そして、画素領域に入射する光の偏光最大強度（偏光成分強度の最大値）ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxを、光強度Ｉqに基づき得られた正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxとして求め、更には、求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-max及び偏光最小強度（偏光成分強度の最小値）ＩPL-minとする。
【００５０】
具体的には、４つ（Ｑ0＝４）の画素領域から構成された１つの画素領域群において、それぞれの画素領域には、偏光部材１３０を備えた副画素領域１２０が、１つ、配されている。それ故、４つの入射光の光強度Ｉq（ｑ＝１，２，３，４）を得ることができる。
【００５１】
ところで、電磁波は波動なので、電磁波の進行方向をＺ軸、時間をｔとすると、Ｚ軸と直交するＸＹ平面における時間ｔ、位置ｚでの電場εx，εyは以下の式で記述することができる。
【００５２】
εx＝ＥX・ｅｘｐ［ｉ（ｋ・ｚ−ω・ｔ＋δ1）］
εy＝ＥY・ｅｘｐ［ｉ（ｋ・ｚ−ω・ｔ＋δ2）］
【００５３】
ここで、
ＥX：Ｘ成分の振幅
ＥY：Ｙ成分の振幅
ｋ ：位相定数で、ｋ＝２π／λ
ω ：電磁波の角振動数
δ1：Ｘ成分の初期位相
δ2：Ｙ成分の初期位相
である。
【００５４】
検出される電磁波はこれら正弦関数で記述できる波動の重ね合わせであり、特定の直線偏光、円偏光、楕円偏光成分が卓越していると、実施例１の２次元固体撮像装置における偏光部材１３０を用いて観測される電磁波強度は方位角３６０度を１周期とする正弦関数でフィッティングすることができる。一方、電磁波の偏光成分が完全にランダムな場合には、無偏光となり、電磁波強度は偏光部材の方向には依存しなくなる。
【００５５】
つまり、このように各偏光部材を有する副画素領域１２０から得られた光強度Ｉqを正弦関数でフィッティングし、この正弦関数における最大値が得られるときの角度θmaxを、偏光最大強度（偏光成分強度の最大値）ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとすればよい。更には、求められた正弦関数の最大値及び最小値を、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-max及び偏光最小強度（偏光成分強度の最小値）ＩPL-minとすればよい。ここで、偏光成分強度（ＩPL）は以下の式で記述できる。
【００５６】
ＩPL＝（ＩPL-max−ＩPL-min）／（ＩPL-max＋ＩPL-min）
【００５７】
図５に示すように、１つの赤色表示副画素領域Ｒは、時計の１２時方向から右回りに、緑色表示副画素領域Ｇ、青色表示副画素領域Ｂ、白色表示副画素領域Ｗ、青色表示副画素領域Ｂ、緑色表示副画素領域Ｇ、青色表示副画素領域Ｂ、白色表示副画素領域Ｗ、青色表示副画素領域Ｂの８つの副画素領域によって囲まれている。１つの緑色表示副画素領域Ｇは、時計の１２時方向から右回りに、赤色表示副画素領域Ｒ、白色表示副画素領域Ｗ、青色表示副画素領域Ｂ、白色表示副画素領域Ｗ、赤色表示副画素領域Ｒ、白色表示副画素領域Ｗ、青色表示副画素領域Ｂ、白色表示副画素領域Ｗの８つの副画素領域によって囲まれている。１つの青色表示副画素領域Ｂは、白色表示副画素領域Ｗ、赤色表示副画素領域Ｒ、緑色表示副画素領域Ｇ、赤色表示副画素領域Ｒ、白色表示副画素領域Ｗ、赤色表示副画素領域Ｒ、緑色表示副画素領域Ｇ、赤色表示副画素領域Ｒによって囲まれている。１つの白色表示副画素領域Ｗは、青色表示副画素領域Ｂ、緑色表示副画素領域Ｇ、赤色表示副画素領域Ｒ、緑色表示副画素領域Ｇ、青色表示副画素領域Ｂ、緑色表示副画素領域Ｇ、赤色表示副画素領域Ｒ、緑色表示副画素領域Ｇによって囲まれている。
【００５８】
そして、実施例１の偏光光データ処理方法にあっては、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正する。更には、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、偏光部材が配置されていない副画素領域における入射光の偏光成分の方向及び強度を、偏光部材が配置されていない副画素領域の近傍に位置し、偏光部材が配置された副画素領域から導かれた光強度ＩPL-max及び／又は光強度ＩPL-minに基づき補正する。
【００５９】
即ち、緑色表示副画素領域Ｇにあっては、緑色表示副画素領域Ｇにおける入射光の偏光成分の方向及び強度を、緑色表示副画素領域Ｇの近傍に位置し、白色表示副画素領域Ｗから導かれた光強度ＩPL-max及び光強度ＩPL-minに基づき補正する。より具体的には、図６に示すように、緑色表示副画素領域Ｇにおける偏光情報は、隣接する４つの白色表示副画素領域Ｗ（緑色表示副画素領域Ｇから見たとき、右斜め上、右斜め下、左斜め下、左斜め上に位置する４つの白色表示副画素領域Ｗ）における偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度となる。そして、これらの４つの白色表示副画素領域Ｗから得られた光強度Ｉqに基づき、緑色表示副画素領域ＧにおけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLを得ることができる。
【００６０】
同様に、青色表示副画素領域Ｂにあっては、青色表示副画素領域Ｂにおける入射光の偏光成分の方向及び強度を、青色表示副画素領域Ｂの近傍に位置し、白色表示副画素領域Ｗから導かれた光強度ＩPL-max及び光強度ＩPL-minに基づき補正する。より具体的には、図７に示すように、青色表示副画素領域Ｂにおける偏光情報は、隣接する４つの白色表示副画素領域Ｗ（青色表示副画素領域Ｂから見たとき、真上、真下、左斜め下、左斜め上に位置する４つの白色表示副画素領域Ｗ）における偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度となる。尚、青色表示副画素領域Ｂから見たとき、右斜め下、右斜め上に位置する２つの白色表示副画素領域Ｗを加え、合計、隣接する６つの白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度としてもよい。そして、これらの４つ（あるいは６つ）の白色表示副画素領域Ｗから得られた光強度Ｉqに基づき、青色表示副画素領域ＢにおけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLを得ることができる。
【００６１】
同様に、赤色表示副画素領域Ｒにあっては、赤色表示副画素領域Ｒにおける入射光の偏光成分の方向及び強度を、赤色表示副画素領域Ｒの近傍に位置し、白色表示副画素領域Ｗから導かれた光強度ＩPL-max及び光強度ＩPL-minに基づき補正する。より具体的には、図８に示すように、赤色表示副画素領域Ｒにおける偏光情報は、隣接する４つの白色表示副画素領域Ｗ（青色表示副画素領域Ｂから見たとき、右斜め上、右真横、左真横、左斜め上に位置する４つの白色表示副画素領域Ｗ）における偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度となる。尚、赤色表示副画素領域Ｒから見たとき、右斜め下、左斜め下に位置する２つの白色表示副画素領域Ｗを加え、合計、隣接する６つの白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度としてもよい。そして、これらの４つ（あるいは６つ）の白色表示副画素領域Ｗから得られた光強度Ｉqに基づき、赤色表示副画素領域ＲにおけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLを得ることができる。
【００６２】
同様に、図９に示すように、中央に位置する白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報は、隣接する３つの白色表示副画素領域Ｗ（白色表示副画素領域Ｗから見たとき、真上、左真横、左斜め上に位置する３つの白色表示副画素領域Ｗ）における偏光情報と、白色表示副画素領域Ｗそれ自体における偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度となる。尚、白色表示副画素領域Ｗから見たとき、右斜め下、右真横、右斜め下、真下、左斜め下に位置する５つの白色表示副画素領域Ｗを加え、合計、隣接する８つの白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報から求められた偏光方向及び偏光成分強度としてもよい。そして、これらの３つ（あるいは８つ）の白色表示副画素領域Ｗから得られた光強度Ｉqに基づき、中央に位置する白色表示副画素領域ＷにおけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLを得ることができる。図９においては、２つの中央に位置する白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報に関してのみ、図示している。
【００６３】
即ち、以上の手順により、各副画素領域での偏光成分強度及び偏光方向を求めることができ、偏光成分強度（ＩPL）の２次元マップ、偏光の方位角（θ）の２次元マップ、偏光最大強度（偏光成分強度の最大値）ＩPL-maxの２次元マップ、偏光最小強度（偏光成分強度の最小値）ＩPL-minの２次元マップを得ることができる。ここで、偏光部材１３０を備えていない副画素領域においては、方位角０度乃至１８０度の全偏光成分を積分して検出していると見做すことができる。従って、偏光部材１３０を備えていない副画素領域の光度値（Ｉtotal）は偏光成分の平均強度（Ｉave）を偏光部材１３０の指向能力（η）で除したものに等しいと考えることができる。ここで、
ＩPL-max＝Ｉave・（１＋ＩPL）
ＩPL-min＝Ｉave・（１−ＩPL）
の関係にある。偏光部材の指向能力（η）は偏光部材の方位角とは独立した特性値であるため、ＩtotalとＩaveの強度比率は定数になると類推できる。仮に、比例定数＝１とすれば、（１＋ＩPL），（１−ＩPL）をＩtotalに乗ずることで、各々の副画素領域におけるＩPL-max，ＩPL-minを有する画像を再現することができる。偏光部材１３０を備えた副画素領域１２０において、偏光情報を必要としない強度を導出する際にも、同様に、周囲の副画素領域からの補間により強度を求めることができるので、通常撮像（偏光情報が不要の撮影）におけるＩtotalの２次元マップも、同様にして取得することができる。
【００６４】
周囲の副画素領域から中央に位置する副画素領域の情報を復元する手順は、色情報のデモザイクと同様の手法、同様のアルゴリズムを応用することができるので、上述した以外のアルゴリズムに基づき、偏光情報を含む画像と通常の画像をデモザイク復元してもよい。また、以上に説明した各副画素領域と白色表示副画素領域Ｗとの位置関係は、例示であり、適宜、変更することができる。更には、偏光部材を備えていない副画素領域における偏光情報を、隣接する４つの白色表示副画素領域Ｗにおける偏光情報から求めるが、４つの白色表示副画素領域Ｗの位置も例示であり、適宜、変更することができる。
【００６５】
また、図５に示した副画素領域の平面レイアウトの代わりに、図１０に副画素領域の平面レイアウト図を示すように、カラーフィルターの配列を、基本的にはベイヤ配列とし、２×２の４つの副画素領域から構成された画素領域に、赤色、緑色、青色、緑色のカラーフィルターを配置し、１つの画素領域群を４つの画素領域から構成し、各画素領域を構成する４つの副画素領域の内の１つの副画素領域に偏光部材を配置するといった構成を採用してもよい。尚、図１０において、ｂ行、３列に位置する緑色表示副画素領域Ｇを緑色表示副画素領域Ｇ（ｂ，３）で表示する。
【００６６】
そして、第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度Ｉqを、偏光部材を有する副画素領域と同じ検出波長帯を有し、偏光部材を有していない、隣接する副画素領域における入射光の光強度によって補正する。
【００６７】
具体的には、例えば、偏光部材１３０を備えた赤色表示副画素領域Ｒにあっては、周囲の８つの偏光部材１３０を備えていない赤色表示副画素領域Ｒの光強度の平均値を、偏光部材１３０を備えていないと仮定したときの赤色表示副画素領域Ｒの光強度とすればよい。例えば、赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，７）にあっては、赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，５）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｉ，５）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｉ，７）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｉ，９）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，９）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｅ，９）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｅ，７）、赤色表示副画素領域Ｒ（ｅ，５）の光強度の平均値を、偏光部材１３０を備えていないと仮定したときの赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，７）の光強度とすればよい。そして、偏光部材１３０を備えた赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，７）における光強度と、求められた光強度の平均値とから、赤色表示副画素領域Ｒ（ｇ，７）における偏光成分強度を得ることができる。偏光部材１３０を備えた緑色表示副画素領域Ｇ、偏光部材１３０を備えた青色表示副画素領域Ｂもおいても、同様とすればよい。こうして、例えば、赤色表示副画素領域Ｒ（ａ，１）、緑色表示副画素領域Ｇ（ｃ，１）、青色表示副画素領域Ｂ（ｃ，４）、緑色表示副画素領域Ｇ（ａ，４）から、１つの画素領域群におけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLを得ることができる。他の画素領域群においても同様である。
【００６８】
画素領域群と画素領域群に挟まれた画素領域［例えば、赤色表示副画素領域Ｒ（ｅ，１）、緑色表示副画素領域Ｇ（ｆ，１）、青色表示副画素領域Ｂ（ｆ，２）、緑色表示副画素領域Ｇ（ｅ，２）から構成された画素領域］のθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLは、この画素領域を挟む２つの画素領域群、あるいは又、この画素領域を取り囲む４つの画素領域群におけるθPL-max，ＩPL-max，ＩPL-min，ＩPLの平均値とすればよい。
【００６９】
このようにして、各副画素領域において光強度、偏光成分強度、偏光方向を得ることができるので、例えば、撮影後に、偏光情報に基づき画像データを加工することができる。例えば、空や窓ガラスを撮影した画像の部分、水面を撮影した画像の部分等に対して所望の処理を加えることで、偏光成分を強調あるいは低減させることができ、あるいは又、偏光成分と無偏光成分とを分離することができ、画像のコントラストの改善、不要な情報を削除を行うことができる。尚、具体的には、例えば、２次元固体撮像装置を用いて撮影を行うときに撮影モードを規定することで、このような処理を行うことができる。
【００７０】
また、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４における２次元固体撮像装置によって、窓ガラスへの映り込みの除去を行うことができるし、偏光情報を画像情報に加えることで複数の物体の境界（輪郭）の鮮明化を図ることができる。あるいは又、路面の状態の検出や、路面上の障害物の検出を行うこともできる。更には、物体の複屈折性を反映した模様の撮影、リターデーション分布の測定、偏光顕微鏡画像の取得、物体の表面形状の取得や物体の表面性状の測定、移動体（車両等）の検出、雲の分布等の測定といった気象観測、各種の分野への適用、応用が可能である。
【００７１】
実施例１の２次元固体撮像装置は、偏光部材１３０に微細加工が要求される点を除き、従来の２次元固体撮像装置と基本的に同じ方法にて製造することができるし、偏光部材１３０の微細加工は、半導体装置の製造技術を転用することで容易に達成することができる。それ故、実施例１の２次元固体撮像装置の製造方法の説明は省略する。後述する実施例３、実施例４の２次元固体撮像装置においても同様である。
【００７２】
実施例１の２次元固体撮像装置にあっては、配線層と偏光部材とは同じ材料から構成されており、且つ、同一仮想平面上に配置されている。従って、配線層と偏光部材とを、同時に、同じプロセスにて、しかも、汎用性の高い半導体装置の製造プロセスを適用して形成することができ、製造プロセスを増やすことなく偏光部材を得ることができるので、２次元固体撮像装置の製造コストの低減化を図ることができる。しかも、偏光部材を構成する層を追加する必要がないため、２次元固体撮像装置全体の低背化構造を達成することができるし、偏光部材を設けることで２次元固体撮像装置の厚さが厚くなることもない。また、実施例１あるいは後述する実施例３〜実施例４の２次元固体撮像装置にあっては、偏光部材の厚さを０．１μｍ程度にまで薄くできるので、全体として、２次元固体撮像装置の低背化を達成することができる。
【００７３】
更には、実施例１あるいは後述する実施例２の２次元固体撮像装置にあっては、各画素領域を構成する複数（Ｍ0個）の副画素領域の内、１つの副画素領域の光入射側には偏光部材が配置されており、Ｑ0個の画素領域（但し、Ｑ0≧３）から構成された画素領域群において、Ｑ個（Ｑ≦Ｑ0）の偏光部材が配されている。即ち、１つの画素領域群を構成する合計Ｑ0×Ｍ0個の副画素領域に対してＱ個の偏光部材が配置されているだけである。それ故、画素領域全体における偏光部材の配置に起因した感度の低下を最小に抑えることができる。また、画素領域間の演算処理により各画素領域の位置での偏光成分強度や偏光方向を算出することで、感度の低下を最小限に抑えつつ、空間解像度を若干犠牲にした偏光情報を得ることができる。しかも、１つの画素領域群を構成する合計Ｑ0×Ｍ0個の副画素領域に対してＱ個の偏光部材が配置されているだけであるが故に、光電変換素子が受光する光量や光強度に対する演算処理の複雑化を招くこともない。更には、リアルタイムでの偏光成分強度や偏光方向等の情報を得ることができるし、１枚の画像から偏光方向、偏光成分強度の情報を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００７４】
実施例２は、本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法に関する。実施例２における２次元固体撮像装置は、実施例１にて説明した２次元固体撮像装置と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００７５】
実施例２の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法は、実施例１の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法をより簡素化したものであり、データ処理量の低減を図っている。即ち、実施例２の２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法にあっては、
第ｑ番目の画素領域（但し、ｑ＝１，２・・・Ｑ）を構成する偏光部材を有する副画素領域における入射光の光強度をＩqとしたとき、
光強度Ｉqの内の最大値Ｉmaxを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxとし、
Ｉmaxが得られる画素領域における角度θqを、画素領域に入射する光の偏光最大強度ＩPL-maxが得られる偏光方向θPL-maxとし、
光強度Ｉqの内の最小値Ｉminを、画素領域に入射する光の偏光最小強度ＩPL-minとする。
【００７６】
例えば、Ｑ＝６、あるいは、Ｑ＝８とすることで、実用上、問題とはならない精度で、偏光成分強度及び偏光方向を得ることができ、しかも、データ処理量を、実施例１と比較して、飛躍的に低減させることができる。
【実施例３】
【００７７】
実施例３は、本発明の第２の態様に係る２次元固体撮像装置に関する。実施例３の２次元固体撮像装置にあっては、図２の（Ａ）あるいは（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、少なくとも１つの副画素領域２２０の光入射側には偏光部材２３０が配置されており、各副画素領域は、更に、光電変換素子への光の入射を制御（制限）する遮光層２３を有しており、偏光部材２３０と遮光層２３とは同一仮想平面上に配置されている。ここで、ワイヤーグリッド・タイプの偏光部材２３０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）若しくは銅（Ｃｕ）から作製されており、遮光層２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）若しくはタングステン（Ｗ）から作製されている。
【００７８】
図２の（Ａ）に示す２次元固体撮像装置は表面照射型の２次元固体撮像装置であり、一方、図２の（Ｂ）に示す２次元固体撮像装置は裏面照射型の２次元固体撮像装置である。図２の（Ａ）に示す表面照射型の２次元固体撮像装置にあっては、集光素子２６によって集光された光は、カラーフィルター２２、ＳｉＯ2やＳｉＮといった透明な物質から成る平滑化層２４を通過し、遮光層２３の開口領域に設けられた偏光部材２３０を通過して、光電変換素子２１に導かれる。そして、光は、光電変換により電荷として蓄積された後、電気信号として外部に読み出される。一方、図２の（Ｂ）に示す裏面照射型の２次元固体撮像装置にあっては、集光素子２６によって集光された光は、カラーフィルター２２、基板１１、遮光層２３の開口領域に設けられた偏光部材２３０を通過して、光電変換素子２１に導かれる。そして、光は、光電変換により電荷として蓄積された後、電気信号として外部に読み出される。尚、偏光部材２３０を備えた副画素領域２２０においては、カラーフィルター２２を設けない場合もある。
【００７９】
実施例３にあっては、偏光部材２３０は、絶縁膜２３１を介して光電変換素子２１の上方に設けられている。ここで、絶縁膜２３１の厚さは、１×１０-7ｍ以下であって、出来る限り薄いことが好ましい。可視光波長〜近赤外線粋の電磁波が偏光部材２３０に入射すると、偏光部材２３０における帯状の導電遮光材料層の周期構造と入射電磁波の波長が共鳴条件を満たす場合、電磁波が帯状の導電遮光材料層を構成する材料の電子や分極とカップリングして、表面プラズモン・ポラリトンが生じる。この状態にあっては、分極の電気力線が閉じた領域（つまり非伝播光の領域）に近接場光が発生する。近接場光は電磁波波長と同程度の範囲にしか存在できず、しかも、強度は指数関数的に弱まるので、極薄（１００ｎｍ以下）の絶縁膜２３１を挟んだ光電変換素子２１によってのみ近接場光を受光（測定、受信）することができる。そのため、偏光部材２３０と光電変換素子２１とを絶縁膜２３１を挟んで配置する構造を取る場合には、絶縁膜２３１は薄ければ薄いほどよい。
【００８０】
このように、実施例３の２次元固体撮像装置にあっては、入射電磁波により偏光部材２３０の表面に励起される表面プラズモン・ポラリトンが導電遮光材料層３１を伝播・透過して、再放射される伝播光、若しくは、導電遮光材料層３１を構成する材料の分極等によって生じる急峻な電場の変化を、光電変換素子２１にて受光（検出）することができる。
【００８１】
実施例３の２次元固体撮像装置にあっては、遮光層と偏光部材とは同一仮想平面上に配置されている。従って、遮光層と偏光部材とを、同時に、同じプロセスにて、しかも、汎用性の高い半導体装置の製造プロセスを適用して形成することができ、製造プロセスを増やすことなく偏光部材を得ることができるので、２次元固体撮像装置の製造コストの低減化を図ることができる。しかも、偏光部材を構成する層を追加する必要がないため、２次元固体撮像装置全体の低背化構造を達成することができるし、偏光部材を設けることで２次元固体撮像装置の厚さが厚くなることもない。
【００８２】
実施例３にて説明した２次元固体撮像装置に対して実施例１にて説明した本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置を適用することができるし、係る形態にあっては、実施例１あるいは実施例２にて説明した本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法を適用することができる。
【実施例４】
【００８３】
実施例４は、本発明の第３の態様に係る２次元固体撮像装置に関する。実施例４の２次元固体撮像装置にあっては、図３の（Ａ）あるいは（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、各画素領域を構成する複数の副画素領域の内、１つの副画素領域３２０の光入射側にはワイヤーグリッド・タイプの偏光部材３３０が配置されており、残りの副画素領域の光入射側にはカラーフィルター（図示せず）が配置されており、カラーフィルターと偏光部材３３０とは同一仮想平面上に配置されている。
【００８４】
図３の（Ａ）に示す２次元固体撮像装置は表面照射型の２次元固体撮像装置であり、一方、図３の（Ｂ）に示す２次元固体撮像装置は裏面照射型の２次元固体撮像装置である。図３の（Ａ）に示す表面照射型の２次元固体撮像装置にあっては、オンチップ・マイクロ凸レンズから成る集光素子２６によって集光された光は、偏光部材３３０、ＳｉＯ2やＳｉＮといった透明な物質から成る平滑化層２４を通過し、遮光層２３の開口領域を通過して、光電変換素子２１に導かれる。そして、光は、光電変換により電荷として蓄積された後、電気信号として外部に読み出される。一方、図３の（Ｂ）に示す裏面照射型の２次元固体撮像装置にあっては、集光素子２６によって集光された光は、偏光部材３３０、基板１１、遮光層２３の開口領域を通過して、光電変換素子２１に導かれる。そして、光は、光電変換により電荷として蓄積された後、電気信号として外部に読み出される。
【００８５】
実施例４の２次元固体撮像装置にあっては、カラーフィルターと偏光部材とは同一仮想平面上に配置されているので、偏光部材を有する副画素領域の高さと、カラーフィルターを有する他の副画素領域の高さに差が生じ難い。しかも、偏光部材を構成する層を追加する必要がないため、２次元固体撮像装置全体の低背化構造を達成することができるし、偏光部材を設けることで２次元固体撮像装置の厚さが厚くなることもない。
【００８６】
実施例４にて説明した２次元固体撮像装置に対して実施例１にて説明した本発明の第４の態様に係る２次元固体撮像装置を適用することができるし、係る形態にあっては、実施例１あるいは実施例２にて説明した本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法を適用することができる。
【００８７】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において、偏光部材は、専ら、可視光波長帯に感度を有する固体撮像素子における偏光情報の取得のために用いられたが、光電変換素子（受光素子）が赤外線や紫外線に感度を有する場合、それに応じて、帯状の導電遮光材料層の形成ピッチＰ0を拡大・縮小することで、任意の波長帯で機能する偏光部材としての実装が可能である。
【００８８】
実施例１、実施例３、実施例４にて説明した本発明の第１の態様〜第３の態様に係る２次元固体撮像装置にあっては、図５、図１０にて説明した副画素領域の平面レイアウトに限定されない。例えば、図１１や図１２に平面レイアウトを図示する副画素領域とすることも可能である。ここで、図１１に示す平面レイアウトを有するＣＭＯＳ型固体撮像素子の場合、２×２の副画素領域で選択トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタを共有する２×２画素共有法式を採用することができ、画素加算を行わない撮像モードでは偏光情報を含む撮像を行い、２×２の副画素領域の蓄積電荷をＦＤ加算するモードでは、全偏光成分を積分した通常撮像画像を提供することができる。また、図１２に示す平面レイアイトの場合、２×２の副画素領域に対して１方向の偏光部材を配置するレイアウトであるため、画素間での導体格子の不連続が生じ難く、高品質な偏光撮像を実現できる。
【００８９】
また、実施例にて説明した偏光部材を透明な基板や基体上に形成し、テレビ受像機等の画像表示装置において、右目用、左目用の画素群に２種類の偏光部材を割り当てれば、立体視用の画像を得ることができる。あるいは又、１枚の画像に複数の画像を含ませることで、例えば、複数の人間が複数の異なる画像（番組）を同時に見ることも可能である。また、ＤＶＤやブルーレイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）光ディスクシステムにおける光ピックアップにおいて、記録媒体に縦偏光用の凹凸構造、横偏光用の凹凸構造を２層にて作り込み、縦横２種類に偏光したレーザを用いることで、同じサイズで２倍の情報記録が可能になる。また、光通信機器等への転用も可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１１・・・基板、１２０，２２０，３２０・・・副画素領域、２１・・・光電変換素子、２２・・・カラーフィルター、２３・・・遮光層、２４・・・平滑化層、２５・・・配線層、２６・・・集光素子、１３０，２３０，３３０・・・偏光部材、３１・・・導電遮光材料層、３２・・・スリット領域、２３１・・・絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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