(57)【要約】【課題】信頼性や画質を向上させることができるセンサを提供すること。【解決手段】機能素子と、分光素子と、半導体基板と、該半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、  該分光素子が、該機能素子と該光電変換素子との間に配され、該機能素子が、入射光を該光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、固体撮像装置を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子と、分光素子と、半導体基板と、該半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、
該分光素子が、該機能素子と該光電変換素子との間に配され、
該機能素子が、入射光を該光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、
固体撮像装置。
【請求項２】
複数の画素が１次元又は２次元に配列され、該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子と、前記光電変換素子とが設けられる、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
複数の画素が１次元又は２次元に配列され、少なくとも２つの該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子とが設けられ、該画素毎に光電変換素子が設けられる、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記機能素子が集光機能を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記機能素子が、曲面形状を有する基板を備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記機能素子が屈折率分布構造を有し、該屈折率分布構造が非対称性である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなるパターンを有する、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなり、波長オーダー以下の間隔を有するパターンを有する、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記屈折率分布構造が、リングパターン又は多角形パターンを有する、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記屈折率分布構造の前記非対称性が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化する、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記入射光を前記光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする補正力が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記分光素子が、少なくとも１つの光学干渉フィルタを備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記分光素子が、ホールアレイ構造を有する金属膜を備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の固体撮像装置を備える、電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光エレクトロニクス全般から、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ（ＣＩＳ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像装置に関わる分野では、市場ニーズを適確に把握して、画質や信頼性の向上を図るために様々な研究開発が行われている。
【０００３】
例えば、複数の単位画素がチップ上に配列されたイメージセンサを有する撮像装置であって、前記イメージセンサは、単位画素毎に入射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換素子の上方に配置され前記入射光の一部の波長のみを選択的に透過させて色成分を分離するフィルタとを備え、前記フィルタは、無機材料で形成された多層膜フィルタであり、前記選択的に透過させる帯域の半値幅が１００ｎｍより狭くなるように構成されていることを特徴とする撮像装置が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で提案された技術では、更なる信頼性の向上や画質の向上を図れないおそれがある。したがって、更なる信頼性の向上や画質の向上をさせた固体撮像装置が望まれているのが現状である。
【０００６】
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、信頼性や画質を向上させた固体撮像装置、及び固体撮像装置を備える電子装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、信頼性や画質を向上させた固体撮像装置を開発することに成功し、本技術を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本技術では、機能素子と、分光素子と、半導体基板と、該半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、該分光素子が、該機能素子と該光電変換素子との間に配され、該機能素子が、入射光を該光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、固体撮像装置を提供する。
【０００９】
本技術に係る固体撮像装置において、複数の画素が１次元又は２次元に配列され、該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子と、前記光電変換素子とが設けられていてよい。
また、本技術に係る固体撮像装置において、複数の画素が１次元又は２次元に配列され、少なくとも２つの該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子とが設けられ、該画素毎に光電変換素子が設けられていてよい。
【００１０】
前記機能素子が集光機能を有してもよい。
前記機能素子が、曲面形状を有する基板を備えていてもよい。
【００１１】
前記機能素子が屈折率分布構造を有し、該屈折率分布構造が非対称性でよい。
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなるパターンを有してよい。
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなり、波長オーダー以下の間隔を有するパターンを有してもよい。
前記屈折率分布構造が、リングパターン又は多角形パターンを有してもよい。
前記屈折率分布構造の前記非対称性が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化してよい。
【００１２】
前記入射光を前記光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする補正力が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化してよい。
【００１３】
前記分光素子が、少なくとも１つの光学干渉フィルタを備えてよい。
前記分光素子が、ホールアレイ構造を有する金属膜を備えてよい。
【００１４】
また、本技術では、本技術に係る固体撮像装置を備える、電子装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本技術によれば、信頼性や画質を向上させることができる。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、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】分光素子の構成例を示す断面図と分光素子に光が略垂直に入射したときの透過分光特性を示す図である。
【図２】光入射角度を変化させたＴＥ波の光が分光素子に入射したときの透過分光特性を示す図である。
【図３】ピーク波長の光入射角度依存性を示す図である。
【図４】撮像面の各像高のスペクトルを示す図である。
【図５】金属表面プラズモン共鳴による異常透過現象の斜め光入射の分光特性を示す図である。
【図６】本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図７】本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図８】本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図９】集光機能を有する機能素子の屈折率分布を示す図（断面図）である。
【図１０】集光機能を有する機能素子の屈折率分布を示す図（鳥瞰図及び上面図）である。
【図１１】機能素子が有する平行板刻み構造を示す図である。
【図１２】カメラ構造を示す図である。
【図１３】集光機能を有する機能素子の構造を示す図である。
【図１４】波動シミュレーションの結果を示す図である。
【図１５】本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図１６】本技術を適用した実施例１の固体撮像装置の断面構成を示す図である。
【図１７】本技術を適用した実施例１の固体撮像装置に備えられた、赤外光をカットする分光素子の断面構成を示す図とその分光素子による透過分光特性を示す図である。
【図１８】撮像面上の機能素子の配列を示す図である。
【図１９】機能素子の作製プロセスを示す図である。
【図２０】本技術を適用した実施例２の固体撮像装置の断面構成を示す図と撮像面を示す図である。
【図２１】波動シミュレーション結果を示す図である。
【図２２】本技術を適用した実施例３の固体撮像装置に備えられた、ホールアレイ構造を有する金属膜を備えた分光素子の断面図と上面図である。
【図２３】本技術を適用した実施例４の固体撮像装置の構成例を示す図（上面図及び断面図）である。
【図２４】本技術を適用した実施例５（医療応用）の腫瘍検査で得られた連続的な分光スペクトルの結果を示すグラフである。
【図２５】本技術を適用した実施例５（美容応用）のシミ検査、頭皮検査及び髪の保湿検査で得られた連続的な分光スペクトルの結果を示すグラフである。
【図２６】本技術を適用した実施例６（生体認証）で得られた人肌からの光反射の結果を示すグラフである。
【図２７】本技術を適用した固体撮像装置の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）
３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）
４．第３の実施形態（電子装置の例）
５．本技術を適用した固体撮像装置の使用例
【００１９】
＜１．本技術の概要＞
従来、ファブリペロ共振器等の多層膜や金属ホールアレイ等のフィルタを用いた分光型イメージセンサは、スペクトル設計の自由度があり半値幅を狭くしたマルチ分光やＩＲ−ｃｕｔ ｆｉｌｔｅｒ機能を有した可視/赤外同時取得センサ（例えば、画像センサ、光センサ等）として適用されている。しかしながら、両者のフィルタとも、主光線が斜めに入射する場合において、透過ピーク波長やＩＲ−ｃｕｔのカット波長が波長シフトするということがある。
【００２０】
図１〜４は、有効フレネル係数法を用いたシミュレーション結果である。図１（Ａ）は、シミュレーションに用いた分光素子１０（ファブリペロ共振器）の断面構成例を示し、図１（Ｂ）は、光が垂直入射したときの透過分光を示す図である。図１（Ｂ）の縦軸は透過率Ｔであり、横軸は波長λ（ｎｍ）である。分光素子１０（ファブリペロ共振器）は、光入射側から順に、基板２と、１７層の光学干渉フィルタ１（１−１〜１−１７）と、基板３とから構成される。１７層の光学干渉フィルタ１のうち、光学干渉フィルタ１−１及び１−１７はＳｉＮ層であり、光学干渉フィルタ１−２、１−４、１−６、１−８、１−１０、１−１２、１−１４及び１−１６はＴｉＯ２層であり、光学干渉フィルタ１−３、１−５、１−７、１−９、１−１１、１−１３及び１−１５は、ＳｉＯ２層である。すなわち、光学干渉フィルタ１は、ＳｉＮ層を最外層とし、２つのＳｉＮ層の中に、ＴｉＯ２層とＳｉＯ２層とが交互に積層されている。ここで、図１（Ａ）中に示される入射角度θは、分光素子１０の平面（最上層の基板２の平面）の法線に対しての角度であり、θ＝０ｄｅｇのとき垂直入射となる。この入射角度θの定義は、本技術中に記載された他の図面にも適用する。
【００２１】
図２は、ファブリペロ共振器に光の入射角度を変化させたときのＴＥ波透過分光特性の変化を示している。また、図３は、そのピーク波長λ０の入射角θ依存性をＴＥ波とＴＭ波とその両者の平均で示している。さらに、図４は実際のカメラに応用した場合の像高に対する透過スペクトルの変化をシミュレーションした結果であり、中心位置と画角端から１／２位置と画角端についての透過スペクトルを示している。撮像面の中心に対して像高が大きくなって画角端に近づくほど、ピーク波長が短波長側にシフトするとともに、ピーク強度が減少してブロードになることがわかる。このことは、実用を困難にする。また主光線の入射角度を大きくできないため、レンズ等に光学設計に制限を持つことになる。また、同様な現象が金属膜に孔を周期的に形成させた表面プラズモン共鳴による異常透過現象を用いた分光(図５)にも見られる。図５は、感度（縦軸）と波長λ（ｎｍ）（横軸）との関係を示すグラフであり、垂直入射に対して斜め光（θ＝３０ｄｅｇ）でピーク波長が長波長側にシフトすることがわかる。
【００２２】
本技術は、以上の状況に基づくものであり、本技術は、優れた信頼性や優れた画質の効果を奏する。すなわち、本技術によれば、分光素子、例えば、多層膜（複数層からなる光学干渉フィルタ）やファブリペロ共振器等による分光や金属の表面プラズモン共鳴による異常透過現象による分光を有する固体撮像装置等において、主光線が斜め入射光によるピーク波長のシフト、ピーク強度、及びブロード化を解決することができる。特に、固体撮像装置の撮像面の像高の大きいところで起こる上記の現象を低減化して撮像面内において均一な分光にすることができる。より詳しくは、本技術によれば、主光線が斜め入射することで、多層膜（少なくとも１層からなる光学干渉フィルタ）やファブリペロ共振器や金属プラズモン等を用いた分光スペクトルのピーク波長シフト及びブロード化して（ピーク波長の感度低下）、スペクトル形状が変化すること防ぐことができる。これにより撮像面の中心から像高が大きい画角端まで同じ分光スペクトルが得られる。この結果、マルチスペクトル分光およびその分光された画像が必要な応用技術、例えば生体認証や美容や医療や薬品や農業検査等の技術に応用できる。
【００２３】
本技術に係る固体撮像装置は、機能素子と、分光素子と、半導体基板と、半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、分光素子が、機能素子と光電変換素子との間に配され、機能素子が、入射光を光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、固体撮像装置である。ここで、光が光電変換素子に対して略垂直方向であるということは、光電変換素子（例えば、フォトダイオード、有機光電変換素子等）の受光面（光を受光する面）に対して光が略垂直方向であることであり、また、光電変換素子の受光面と、半導体基板受光側の面や分光素子の受光側の面とが略平行である場合は、半導体基板の受光側の面や分光素子の受光側の面に対しても光が略垂直方向であることを意味する。
【００２４】
次に、本技術に係る固体撮像装置の一例を図６に示す。図６は、固体撮像装置１００の断面構成を示す図である。固体撮像装置１００は、１つの画素内に、１つの機能素子と、１つの分光素子と、半導体基板に形成された１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図６中では２画素分が図示されている。
【００２５】
固体撮像装置１００において、図６中の左側の画素は、光入射側から順に、機能素子１０１−１と、絶縁膜１０５−１−１と、分光素子１０２−１と、絶縁膜１０５−１−２と、半導体基板１０３−１と、半導体基板１０３−１に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）１０４−１とから構成される。一方、図６中の右側の画素は、光入射側から順に、機能素子１０１−２と、絶縁膜１０５−２−１と、分光素子１０２−２と、絶縁膜１０５−２−２と、半導体基板１０３−２と、半導体基板１０３−２に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）１０４−２とから構成される。
【００２６】
分光素子１０２−１及び１０２−２としては、図１（Ａ）に示されるようなファブリペロ共振器（分光素子）１０やホールアレイ構造を有する金属膜（金属表面プラズモンの分光素子）等を用いてよい。機能素子１０１−１及び１０１−２は、斜めに入射した（図６中では左方向から入射）主光線を補正して、分光素子１０２−１及び１０２−２やフォトダイオード（光電変換素子）１０４−１及び１０４−２の受光面に対して略垂直方向（矢印Ｐ１−１及び矢印Ｐ１−２方向）の光に変換することができる。略垂直方向（矢印Ｐ１−１及び矢印Ｐ１−２方向）の光により、波長シフト、ブロード化（ピーク波長の感度低下）等を緩和することができる。
【００２７】
＜２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）＞
本技術に係る第１の実施形態（固体撮像装置の例１）の固体撮像装置は、機能素子と、分光素子と、半導体基板と、半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、分光素子が、機能素子と光電変換素子との間に配され、機能素子が、入射光を光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、固体撮像装置である。
【００２８】
そして、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置においては、複数の画素が１次元又は２次元に配列され、画素毎に、機能素子と、分光素子と、光電変換素子とが設けられている。
【００２９】
次に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置を、図７〜図１４を用いて詳細に説明をする。
【００３０】
図７（Ａ）は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置２００の断面構成例を示す図である。固体撮像装置２００は、１つの画素内に、１つの機能素子と、１つの分光素子と、半導体基板に形成された１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図７（Ａ）中では２画素分が図示されている。
【００３１】
固体撮像装置２００において、図７（Ａ）中の左側の画素は、光入射側から順に、機能素子２０１−１と、絶縁膜２０５−１−１と、分光素子２０２−１と、絶縁膜２０５−１−２と、半導体基板２０３−１と、半導体基板２０３−１に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）２０４−１とから構成される。一方、図７中の右側の画素は、光入射側から順に、機能素子２０１−２と、絶縁膜２０５−２−１と、分光素子２０２−２と、絶縁膜２０５−２−２と、半導体基板２０３−２と、半導体基板２０３−２に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）２０４−２とから構成される。
【００３２】
機能素子２０１−１及び２０１−２のそれぞれは、図７（Ａ）中の左右方向で非対称な屈折率分布構造を有する素子であり、主光線を、半導体基板２０３−１〜２０３−２やフォトダイオード２０４−１〜２０４−２や分光素子２０２−１〜２０２−２に対して略垂直方向（矢印Ｐ２−１方向及び矢印Ｐ２−２方向）に補正する機能を有する。
【００３３】
詳細について、図７（Ｂ）を用いて説明をする。図７（Ｂ）は、機能素子２０１−２の拡大断面図である。図７（Ｂ）に示されるように、図７（Ｂ）中の左側から主光線が入射しているが、この場合、左側が右側より高屈折率材料の量を密にし、逆に右側は左側より低屈折率材料の量を密にして、かつ、徐々に屈折率が変化するように、高屈折率材料と低屈折率材料の量の割合を調整することで、主光線を曲げて垂直方向に補正することが可能になる。なお、右側から主光線が入射する場合は、上記の高屈折率材料と低屈折率材料との量の割合の分布を逆にすればよい。
【００３４】
図７（Ｂ）に示されるように、左右二つの波面のそろった光線がほぼ並んで入射する場合、左側の光が遅れて進行するのに対して右側の光が速く進行するために、波面（等位相面）の一致の必要性から機能素子２０１−２の進行中に光の波面が徐々に曲がるとともに光の進行方向も曲がり、この素子から射出したところで略垂直方向に光が進行するように、機能素子２０１−２は設計される。なお、機能素子２０１−１も同様に設計することができる。
【００３５】
高屈折率材料及び低屈折率材料は、例えば、下記の材料から選択して作製することができる。
・酸化亜鉛（屈折率ｎ＝１．９５）
・酸化ジルコニウム（屈折率ｎ＝２．４）
・酸化ニオブ（屈折率ｎ＝およそ２．３）
・酸化錫（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化タンタル（屈折率ｎ＝２．１）
・酸化ハフニウム（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５２）
・Ｐ−ＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４５）
・Ｐ−ＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９０）
・Ｐ−ＳｉＯＮ（屈折率ｎ＝１．４５〜１．９０）
【００３６】
なお、上記において、Ｐ−ＳｉＯ、Ｐ−ＳｉＮ、Ｐ−ＳｉＯＮは、たとえば、プラズマＣＶＤ法によって、成膜温度が２５０℃以下（好ましくは、２００℃以下）の下、下記の条件で形成することができる。
・Ｐ−ＳｉＯ
成膜ガス種：ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｎ２
・Ｐ−ＳｉＮ
成膜ガス種：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
Ｐ−ＳｉＯＮ
成膜ガス種：ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｎ２
【００３７】
図８は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置３００の断面構成例を示す図である。固体撮像装置３００は、１つの画素内に、１つの機能素子と、１つの分光素子と、半導体基板に形成された１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図８中では２画素分が図示されている。
【００３８】
固体撮像装置３００において、図８中の左側の画素は、光入射側から順に、機能素子３０１−１と、絶縁膜３０５−１−１と、分光素子３０２−１と、絶縁膜３０５−１−２と、半導体基板３０３−１と、半導体基板３０３−１に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）３０４−１とから構成される。一方、図８中の右側の画素は、光入射側から順に、機能素子３０１−２と、絶縁膜３０５−２−１と、分光素子３０２−２と、絶縁膜３０５−２−２と、半導体基板３０３−２と、半導体基板３０３−２に形成されたフォトダイオード（光電変換素子）３０４−２とから構成される。
【００３９】
機能素子３０１−１及び３０１−２は、図８中の左右方向で非対称な屈折率分布構造を有する素子であって、集光機能を有する。機能素子３０１−１及び３０１−２は、非対称な屈折率分布構造を有して、集光機能を有するレンズ素子であることが好ましい。
【００４０】
機能素子３０１−１及び３０１−２により、図８に示されるように、主光線は、半導体基板３０３−１〜３０３−２やフォトダイオード３０４−１〜３０４−１や分光素子３０２−１〜３０２−２に対して略垂直方向（矢印Ｐ３−１−２方向及び矢印Ｐ３−２−２方向）に補正される。さらに、機能素子３０１−１及び３０１−２により、矢印Ｒ３−１−１、矢印Ｒ３−１−３、矢印Ｒ３−２−１及び矢印Ｒ３−２−３方向の光は集光されて、矢印Ｐ３−１−１、矢印Ｐ３−１−３、矢印Ｐ３−２−１及び矢印Ｐ３−２−３方向の光となる。
【００４１】
主光線を略垂直方向に補正する機能（補正力）とレンズ機能（集光機能）との両方を有する機能素子３０１−１及び３０１−２は、図９及び図１０に示される屈折率分布を有することが好ましい。図９は、機能素子３０１−１及び３０１−２の屈折率分布の断面図であり、図１０（Ａ）は、機能素子３０１−１及び３０１−２の屈折率分布の鳥瞰図であり、図１０（Ｂ）は、機能素子３０１−１及び３０１−２の屈折率分布の上面図である。この場合、図９中に示されるように右のほうから、入射角θで光が入射することで主光線を垂直方向に補正しながら集光機能を合わせ持つ。これにより、機能素子３０１−１及び３０１−２は、高感度（集光機能）と波長シフト低減（補正機能）との両方の機能を有する。
【００４２】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置が備える機能素子（例えば、機能素子２０１−１及び２０２−２、並びに３０１−１及び３０１−２）は、非対称な屈折率分布構造を有して、高屈折率材料と低屈折率材料とを混合させた組成比（体積比、質量比又はモル比）を各画素内で徐々に適切に変えて作製することができる。
【００４３】
図１１（Ａ）は、平行板刻み構造を有する機能素子２０の断面図であり、図１１（Ｂ）は、機能素子２０の上面図であり、図１１（Ｃ）は、機能素子２０の斜視図である。図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、高屈折率材料２１（屈折率：ｎ１）をリソグラフィとエッチング技術とによって波長オーダー以下で刻んで低屈折率材料２２（屈折率：ｎ２）をその周囲に埋めて、実効的に屈折率分布構造を持たせることができる。低屈折率材料２２（屈折率：ｎ２）は空気でもよい。
【００４４】
図１１（Ａ）に示されるように、図１１（Ａ）中の右側では高い屈折率材料２１（屈折率：ｎ１）の体積比が大きくなり、左側では少なくなる。この場合、右から斜めに入射した主光線を略垂直方向に補正できることとなる。
【００４５】
上述した効果を撮像デバイスに適用した場合、図１２に示されるように結像レンズからの主光線が撮像面の中心から端にいくほど斜め方向の光入射になるので、撮像面の中心付近は光（主光線）を斜め方向から略垂直方向に補正をする補正機能（補正力）を弱くして、撮像面の端になるほど補正機能（補正力）を強くすることでより効果的になる。このとき各画素は、撮像面の中心から端に向かう方向で屈折率分布を低いほうから高いほうになるように、すなわち、高屈折率材料と低屈折率材料との体積割合の変化度合いが強くなるように非対称性レベルを上げて屈折率分布構造を設計する。
【００４６】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、主光線を略垂直方向に補正する機能（補正力）と集光機能との両方を有する機能素子（非対称レンズ素子）２０Ａ〜２０Ｄの上面図である。
【００４７】
機能素子２０Ａは、高屈折率材料２１Ａと低屈折率材料２２Ａのそれぞれが正方形又は正方リング形状の、全体として非対称な正方形又は正方形の環状となっているものである。機能素子２０Ｂは、高屈折率層２１Ｂと低屈折率層２２Ｂのそれぞれが円形または円形リング形状で、各リングの幅が、レンズ中心（図１３（Ｂ）中の真ん中）を境に、左側では低屈折率材料２２Ｂがレンズ中心に向かって段階的に狭くなり、かつ、高屈折率材料２１Ｂが中心に向かって段階的に太くなり、右側では低屈折率材料２２Ｂが重心に向かって段階的に細くなり、かつ高屈折率材料２１Ｂがレンズ中心に向かって段階的に太くなり、かつ、左右でその各幅や変化度合いが異なる、非対称な円形または円形リング形状となっているものである。
【００４８】
機能素子２０Ｃは、図１３（Ａ）（機能素子２０Ａ）に示す平面配置に対して、屈折率の小さい四角形状の低屈折率材料２２Ｃや屈折率の大きい四角形状の高屈折率材料２１Ｃの一部が欠けて環状にならない構造のものである。機能素子２０Ｄは、図１３Ｂ（機能素子２０Ｂ）に示す平面配置に対して、屈折率の小さい円形状の低屈折率材料２２Ｄや屈折率の大きい円形状の高屈折率材料２１Ｄの一部が欠けて環状にならない構造のものである。
【００４９】
機能素子２０Ａ〜２０Ｄのように、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置が備える機能素子は、リング状又は四角形等の多角形状に屈折率の高い層を刻んだ構造にしてもよい。このとき非対称性を同時にもたせることで斜め光の補正機能が生じる。機能素子２０Ａ〜２０Ｄのように、リングや四角形配置そのものをずらして非対称性としてもよいし、もともと対称性のある構造の一部を切り出して、非対称構造としてもよい。
【００５０】
図１４はＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄ）法で、波動シミュレーションした結果である。図１４中、ｃＴは、光速ｃに時間Ｔを掛けたもので、光が真空中を進んだ距離（単位μｍ）を表す。図１４では、下から斜め方向に光を入射させているが、機能素子３０により、Ｓｉ基板上に集光して、かつ、Ｓｉ基板に対して略垂直に入射していることがわかる。
【００５１】
＜３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）＞
本技術に係る第２の実施形態（固体撮像装置の例２）の固体撮像装置は、機能素子と、分光素子と、半導体基板と、半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、分光素子が、機能素子と光電変換素子との間に配され、機能素子が、入射光を光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、固体撮像装置である。
【００５２】
そして、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置において、複数の画素が１次元又は２次元に配列され、少なくとも２つの画素毎に、機能素子と、分光素子とが設けられ、画素毎に光電変換素子が設けられている。
【００５３】
次に、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置を、図１５を用いて詳細に説明をする。なお、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置について下記に述べること以外は、上記で述べた本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の内容が、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置にもそのまま適用され得る。
【００５４】
図１５は、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置４００の断面構成例を示す図である。固体撮像装置４００は、複数の画素内に１つの機能素子と、１つの分光素子と、複数個のフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図１５中では、ｎ個のフォトダイオードが図示されて、ｎ画素分が図示されている。
【００５５】
固体撮像装置４００は、光入射側から順に、機能素子４０１と、絶縁膜４０５−１と、分光を担う６層の光学干渉フィルタ４０２−１〜４０２−６からなる分光素子４０２と、絶縁膜４０５−２と、半導体基板４０３と、半導体基板４０３に形成されたｎ個のフォトダイオード（４０４−１〜４０４−ｎ）とを備える。なお、ｎは２以上の整数である。機能素子４０１は曲面形状を有する透明基板である。透明基板は、透明性のガラスから構成されてもよいし、透明性の樹脂から構成されてもよい。
【００５６】
主光線が、機能素子４０１に対して、斜め方向から入射したときに、機能素子４０１が有する透明基板の曲面と空気との界面でのスネル則（ｎ１・Ｓｉｎθ1＝ｎ２・Ｓｉｎθ２）による屈折によって、フォトダイオード（４０４−１〜４０４−ｎ）や分光素子４０２に対して略垂直方向（矢印Ｐ４方向）に光が補正されて入射する。この場合、撮像面の中心では、ほぼ垂直のままで分光器に入射するが、撮像面の端になるほど入射角度が大きくなり、スネル則で光が大きく屈折することで、略垂直方向に補正されて分光素子４０２に入射する。撮像面の端になるほど入射角度が大きくなりスネル則で光が大きく屈折するので、斜め方向から入射した光を略垂直方向にする補正力（補正機能）が増大して、像面のどこでも（像面の任意の場所で）、同じスペクトル分光特性が得られる。
【００５７】
分光素子４０２は、図１７（Ａ）に示される分光素子６０２のような構造にして、主に赤外光をカットする機能を有してもよいし、また、図１（Ａ）に示される分光素子（ファブリペロ共振器）１０によって、ある波長のみを透過する構造にしてもよい。ただし、この場合は、別途、可視光をカットするフィルタを必要とする。
【００５８】
＜４．第３の実施形態（電子装置の例）＞
本技術に係る第３の実施形態（電子装置の例）の電子装置は、本技術に係る第１の実施形態又は第２の実施形態の固体撮像装置を備える電子装置である。本技術に係る第１の実施形態又は第２の実施形態の固体撮像装置は上記のとおりであるので、ここでは説明を省略する。本技術に係る第３の実施形態の電子装置は、信頼性や画質を向上させた、本技術に係る第１の実施形態又は第２の実施形態の固体撮像装置を備えているので、本技術に係る第３の実施形態の電子装置の性能の向上を図ることができる。
【００５９】
＜５．本技術を適用した固体撮像装置の使用例＞
図２７は、上述した本技術に係る固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。上述した本技術に係る固体撮像装置は、例えば、以下のように、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使用することができる。
【００６０】
・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（生体認証）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、美容の用に供される装置。
・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。
【実施例】
【００６１】
以下に、実施例を挙げて、本技術の効果について具体的に説明をする。なお、本技術の範囲は実施例に限定されるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
実施例１で用いられた固体撮像装置５００を図１６に示す。図１６は、固体撮像装置５００の断面構成を示す図である。固体撮像装置５００は、１つの画素内に１つの機能素子５０１と、１つの分光素子５０２と、１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図１６中では１画素分が図示されている。
【００６３】
図１６に示されるように、固体撮像装置５００には、１つのフォトダイオード（ＰＤ）の上（図１６中の上方向）に分光機能を有する複数の光学干渉フィルタ５０２ａ（多層膜）からなる分光素子５０２が備えられ、分光素子５０２の上に斜め入射する主光線を略垂直方向（矢印Ｑ１方向）に補正して、かつ集光機能を有する非対称な屈折率分布構造を有する機能素子５０１が備えられる。そして、機能素子５０１と分光素子５０２との間には絶縁膜５０５−１が配され、分光素子５０２とフォトダイオード（ＰＤ）との間に絶縁膜５０５−２が配される。機能素子５０１は、具体的には、例えば、図１３に示される、機能素子２０Ａ〜２０Ｄを用いることができる。なお、ここでは集光機能を有する機能素子を用いたが、図１１に示されるように、主光線を略垂直に曲げる機能のみで集光機能を有さない機能素子２０を用いてもよい。その場合は、別にオンチップレンズ（ＯＣＬ）を設けてもよい。
【００６４】
実施例１で用いられた固体撮像装置６００を図１７（Ａ）に示す。図１７（Ａ）は、固体撮像装置６００の断面構成を示す図である。固体撮像装置６００は、Ｓｉ基板上に、ＡＲ膜と、基板６０６−２と、複数の光学干渉フィルタ６０２ａ（多層膜）と、基板６０６−１とがこの順で積層されてなる分光素子６０２が配置されている。Ｓｉ基板には、少なくとも１つのフォトダイオード（ＰＤ）（不図示）が形成されている。また、基板６０６−１上（図１７（Ａ）中の上方向）には機能素子（不図示）が積層されている。分光素子６０２は、主に、赤外光をカットする機能を有し、分光素子６０２の透過分光スペクトルは図１７（Ｂ）に示される。図１７（Ｂ）のグラフにおいて、縦軸は透過率（Ｔ）であり、横軸は波長（λ）（ｎｍ）である。図１７（Ｂ）に示されるように、赤外光をカットする機能を有する分光素子６０２により、約７００ｎｍ以上の長波長側では透過率は略０となる。
【００６５】
図１（Ａ）に示される分光素子（ファブリペロ共振器）１０を用いて、ある波長のみを透過させてもよい。ただし、この場合は、別途、可視光をカットするフィルタが必要な場合がある。
【００６６】
図１８（Ａ）は、撮像面上における、非対称な屈折率分布構造を有する機能素子２０−１〜２０−８の配列を示す図である。なお、機能素子２０−１〜２０−８は集光機能を有さない。図１８（Ｂ）は、撮像面上における、非対称な屈折率分布構造を有する機能素子２０Ｂ−１〜２０Ｂ−９の撮像面上の配列を示す図である。機能素子２０Ｂ−１〜２０Ｂ−９は集光機能を有する。
【００６７】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、撮像面の像高によって構造を変化させることで、斜め入射の主光線を最適に略垂直方向に補正して分光素子に入射させることができる。このように像高に応じて、各機能素子（２０−１〜２０−８又は２０Ｂ−１〜２０Ｂ−９）の構造を変化させることで、像高による主光線の入射角度の変化に対して正確に補正することが可能となる。これによりすべての像面において分光が等しくなる。
【００６８】
機能素子の作製方法としては、予め、半導体基板等の上に多層膜等からなる分光素子を作製し、その分光素子上に高屈折率材料をＣＶＤ等で蒸着した後に、レジストのリソグラフィ技術とエッチング技術とで機能素子の形状を作って、作製される。作製された機能素子に、低屈折率材料を更に埋め込んでもよい。
【００６９】
機能素子の具体的な作製プロセスを、図１９を用いて説明をする。
【００７０】
まず、図１９（Ａ）に示されるように、分光素子３０００（又は半導体基板３０００でもよい）上に、高屈折材料層２１００をＣＶＤで蒸着し、次いで、図１９（Ｂ）に示されるように、高屈折材料層２１００上にレジスト層４０００を形成する（レジストコート）。
【００７１】
そして、露光（例えば、パターン露光）して現像（図１９（Ｃ））し、次いでＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工をする（図１９（Ｄ））。
【００７２】
最後にレジスト層４０００を除去して（図１９（Ｅ））、機能素子（例えば、非対称な屈折率分布構造を有する機能素子）が作製される。作製された機能素子に低屈折材料２２００を、コーティング又はＣＶＤ法で埋め込んで、高屈折材料と低屈折材料とからなる機能素子が作製されてもよい（図１９（Ｆ））。
【００７３】
＜実施例２＞
実施例２で用いられた固体撮像装置７００を図２０（Ａ）に示す。図２０（Ａ）は、固体撮像装置７００の断面構成を示す図である。固体撮像装置７００は、１つの画素内に１つの機能素子７０１と、複数の光学干渉フィルタ７０２ａ（多層膜）からなる１つの分光素子７０２と、１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図２０（Ａ）中では１画素分が図示されている。図２０（Ｂ）は、固体撮像装置７００の撮像面７００ｄ（図２０（Ｂ）中のｘｙ面）を示す図（上面図）であり、撮像領域ＰＡの上面を示している。図２０（Ｂ）に示されるように、複数の画素７０００が、ｘｙ方向に２次元で配列されている。
【００７４】
図２０（Ａ）に示されるように、固体撮像装置７００には、１つのフォトダイオード（ＰＤ）の上（図２０（Ａ）中の上方向）に分光機能を有する多層膜からなる分光素子７０２が備えられ、その上に斜め入射する主光線を略垂直方向（矢印Ｑ２方向）に補正して、かつ集光機能を有する非対称な屈折率分布構造を有する機能素子７０１が備えられる。機能素子７０１はレンズ素子であり、機能素子７０１は、高屈折材料７２１と低屈折材料７２２とから構成される。図２０（Ｂ）に示されるように、画素７０００毎に、高屈折材料７２１の周囲に低屈折材料７２２が配置されている。この配置構成により、機能素子７０１の屈折率分布構造は非対称に形成される。そして、図２０（Ａ）に示されるように、機能素子７０１と分光素子７０２との間には絶縁膜７０５−１が配され、分光素子７０２とフォトダイオード（ＰＤ）との間に絶縁膜７０５−２が配されている。
【００７５】
機能素子７０１は、予め、半導体基板等の上に多層膜等からなる分光素子７０２を作製し、その分光素子７０２上に、図１９に示されるように、高屈折率材料をＣＶＤ等で蒸着した後にリソグラフィとエッチング技術とによって形状を作製し、さらに低屈折率材料で埋め込んで、もう一度レジストのリソグラフィ技術とエッチング技術とで低屈折率材料を刻んで、高屈折材料７２１の周囲に低屈折材料７２２が配置されるようにして作製することができる。またこの非対称な屈折率分布構造を有する機能素子７０１は、図２０（Ｂ）に示されるように、撮像面７００ｄの像高によって構造を変化させることで、斜め入射の主光線を略垂直方向に補正して分光素子７０２に入射させることができる。
【００７６】
このように像高に応じて、各画素毎（画素７０００毎）に、機能素子７０１の構造を変化させることで、像高による主光線の入射角度の変化に応じて柔軟に補正力を変化させて正確に補正することができる。これによりすべての像面においてスペクトル分光が等しくなる。さらに、分光素子７０２は、図１７（Ａ）に示される分光素子６０２のような構造にして、主に赤外光をカットする機能を有してもよいし、また、図１（Ａ）に示される分光素子（ファブリペロ共振器）１０によって、ある波長のみを透過する構造にしてもよい。ただし、この場合は、別途、可視光をカットするフィルタを必要とする。
【００７７】
次に、波動シミュレーションの実験結果を図２１に示す。図２１（Ａ）は、波動シミュレーションの実験で用いた、固体撮像装置８００の断面構成を示す図である。固体撮像装置８００は、機能素子８０１と、機能素子８０１の下（図２１（Ａ）中の下方向）に透明膜８０３（例えば、酸化膜等）とを備え、図示はされていないが、透明膜８０３の下（図２１（Ａ）中の下方向）に、分光素子を備え、分光素子の下（図２１（Ａ）中の下方向）にフォトダイオードを備える。機能素子８０１として、横方向（図２１（Ａ）中の左右方向）に低屈折材料８２２と高屈折材料８２１とが交互に配置された１組の機能素子が、図２１（Ａ）中では３組で構成されて図示されている。高屈折材料８２１の屈折率（ｎ）は１．６〜１．９であり、低屈折材料８２２の屈折率（ｎ）は１．４５であり、透明膜８０３の屈折率（ｎ）は１．４５である。１つの高屈折材料８２１及び１つの低屈折材料８２２のそれぞれの縦方向（図２１（Ａ）中の上下方向）の長さは０．５μｍであり、横方向（図２１（Ａ）中の左右方向）の長さは０．４μｍである。固体撮像装置８００には、１組の機能素子毎に合計で３つの分光素子が備えられてもよいし、３組の機能素子に１つの分光素子が備えられてもよい。また、固体撮像装置８００には、１組の機能素子毎に合計で３つのフォトダイオード（３画素分）が備えられてもよいし、３組の機能素子に１つのフォトダイオード（１画素分）が備えられてもよい。
【００７８】
図２１（Ｂ）は、波動シミュレーションの実験結果を示すデータである。図２１（Ｂ）のデータにおいて、縦軸は透明膜８０３の縦方向の寸法（μｍ）であり、横軸は透明膜８０３の横方向の寸法（μｍ）である。
【００７９】
図２１（Ａ）に示されるように、斜め入射した光（入射角度：１５ｄｅｇ、波長：５５０ｎｍ）が略垂直方向に補正される。このことは、実際の波動シミュレーションのデータによって、図２１（Ｂ）に示されるように、斜め入射した光（入射角度：１５ｄｅｇ、波長：５５０ｎｍ）が略垂直方向（矢印Ｑ４方向）に補正されることが実証された。
【００８０】
＜実施例３＞
実施例３では、金属の表面プラズモン共鳴による異常透過現象を用いた構造を有する分光素子について説明する。図２２（Ａ）は、分光素子に備えられるホールアレイ構造を有する金属膜５０００の断面図であり、図２２（Ｂ）は、金属膜５０００の上面図である。金属膜５０００は、厚み〜１５０ｎｍのアルミニウム膜に孔を周期的に多数開口した膜である。金属膜５０００は、アルミニウム（Ａｌ）膜の他に、金（Ａｕ）膜、銀（Ａｇ）膜等でもよい。
【００８１】
金属膜５０００に白色光が入射すると、周期パターンに依存してある特定の光が透過する。例えば、周期を〜２５０ｎｍとすると、図５に示されるような分光特性となる。複数の光学干渉フィルタ（多層膜）を備える分光素子と同様に斜め光に対してピーク波長のシフト及びブロード化して、スペクトル形状が変化する。このため、実施例１〜２及び後述する実施例４の多層膜を備える分光素子やファブリペロ共振器の代わりに、金属膜５０００を備える分光素子を配置してもよい。すなわち、各画素上に金属膜５０００を備える分光素子が存在し、さらに、その上に非対称な屈折率分散素子（機能素子）を配置することができる。また、像高に応じて主光線が斜め入射するのを補正して、像面全体で金属膜５０００を備える分光素子に垂直入射するようにすることで、像面全体で同じスペクトル分光特性となる。
【００８２】
なお、金属膜５０００を備える分光素子は、アルミニウム（Ａｌ）膜（金（Ａｕ）膜又は銀（Ａｇ）膜でもよい。）が１層のみであるため製造プロセスが容易であり、生産性や量産性が良好である。また、コスト的なメリットもある。
【００８３】
＜実施例４＞
実施例４で用いられた固体撮像装置９００Ａ及び９００Ｂを図２３（Ａ）及び図２３（Ｃ）にそれぞれ示す。図２３（Ａ）は、固体撮像装置９００Ａの断面構成を示す図である。図２３（Ｃ）は、固体撮像装置９００Ｂの断面構成を示す図である。図２３（Ｂ）は、固体撮像装置９００Ａの撮像面上における、非対称な屈折率分布構造を有する機能素子２０Ｂ−１０〜２０Ｂ−１８の撮像面上の配列を示す図である。機能素子２０Ｂ−１〜２０Ｂ−９は集光機能を有する。
【００８４】
（固体撮像装置９００Ａ）
まず、固体撮像装置９００Ａについて説明をする。
【００８５】
固体撮像装置９００Ａは、１つの画素内に１つの機能素子と、１つの分光素子と、１つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図２３（Ａ）中では２画素分が図示されている。
【００８６】
固体撮像装置９００Ａは、光入射側から順に、機能素子９０１Ａ−１と、対向配置された分光を担う複数の光学干渉フィルタ（誘電体多層膜又は反射多層膜ともいう。）９０２Ａ−１ａと９０２Ａ−１ｂと、光学干渉フィルタ９０２Ａ−１ａと９０２Ａ−１ｂとの間のエアギャップと、基板９０６Ａ−１−１及び９０６Ａ−２−１とを備える分光素子９０２Ａ−１（図２３（Ａ）中では左側の分光素子）を備える。
【００８７】
また、固体撮像装置９００Ａは、光入射側から順に、機能素子９０１Ａ−２と、対向配置された分光を担う複数の光学干渉フィルタ（誘電体多層膜又は反射多層膜ともいう。）９０２Ａ−２ａと９０２Ａ−２ｂと、光学干渉フィルタ９０２Ａ−２ａと９０２Ａ−２ｂとの間のエアギャップと、基板９０６Ａ−１−２及び９０６Ａ−２−２とを備える分光素子９０２Ａ−２（図２３（Ａ）中では右側の分光素子）を備える。
【００８８】
固体撮像装置９００Ａに備えられる波長可変デバイスは、図２３（Ａ）中の左側の分光素子９０２Ａ−１と距離可変装置９０７Ａ−１−１及び９０７Ａ−２−１とを備える。また、固体撮像装置９００Ａに備えられる波長可変デバイスは、図２３（Ａ）中の右側の分光素子９０２Ａ−２と距離可変装置９０７Ａ−１−２及び９０７Ａ−２−２とを備える。すなわち、固体撮像装置９００Ａは、画素毎に波長可変デバイスを備えることになるので、図２３（Ａ）中では２画素分の２つの波長可変デバイスを備える。
【００８９】
図２３（Ａ）中の左側のエアギャップにおいては、距離可変装置９０７Ａ−１−１及び９０７Ａ−２−１を用いて、エアギャップの距離ｄ９Ａ−１を変化させることができる。また、図２３（Ｂ）中の右側のエアギャップにおいては、距離可変装置９０７Ａ−１−２及び９０７Ａ−２−２を用いて、エアギャップの距離ｄ９Ａ−２を変化させることができる。距離可変装置９０７Ａ−１−１及び９０７Ａ−２−１、並びに９０７Ａ−１−２及び９０７Ａ−２−２としては、ピエゾ素子等の圧電素子や、ＭＥＭＳ素子を用いることができる。
【００９０】
固体撮像装置９００Ａは、波長可変デバイスの下層（図２３（Ａ）中の下方向）には、２画素分として、半導体基板９０３Ａ−１〜９０３Ａ−２と半導体基板９０３Ａ−１及び９０３Ａ−２のそれぞれに形成された合計で２つのフォトダイオード（ＰＤ）９０４Ａ−１〜９０４Ａ−２とを備える。なお、図示はされていないが、固体撮像装置９００Ａは、半導体基板９０３Ａ（９０３Ａ−１〜９０３Ａ−２）の下層（図１８（Ａ）中の下方向）に配線層が形成されている。
【００９１】
固体撮像装置９００Ａでは、非対称な屈折率分布構造を有する機能素子９０１Ａ−１及び９０１Ａ−２（レンズ素子）を用いて各画素に斜め方向から入射する主光線の入射角度を曲げて、各画素に対して略垂直方向に（図２３（Ａ）中のＱ５方向）、主光線の光が入射する。これにより短波長側へのシフトを低減できる。機能素子９０１Ａ−１及び９０１Ａ−２（レンズ素子）は、図１９に示されたように、リソグラフィとエッチング技術とを用いてデジタル的に作製することで、実効屈折率が非対称な機能素子（非対称なレンズ素子）を固体撮像装置９００Ａの上部（図２３（Ａ）中では分光素子９０２Ａ−１及び９０２Ａ−２上）に形成することができる。これにより、フォトダイオード（ＰＤ）９０４Ａ-１〜９０４Ａ-２の受光面（半導体基板９０３Ａ（９０３Ａ-１〜９０３Ａ−２）の受光面側の面）に対して略垂直方向に光線を曲げることができる。
【００９２】
（固体撮像装置９００Ｂ）
次に、固体撮像装置９００Ｂについて説明をする。
【００９３】
固体撮像装置９００Ｂは、４つの画素内に１つの機能素子と、１つの分光素子と、４つのフォトダイオード（ＰＤ）とを備え、図２３（Ｃ）中では４画素分が図示されている。
【００９４】
固体撮像装置９００Ｂは、光入射側から順に、機能素子９０１Ｂと、対向配置された分光を担う複数の光学干渉フィルタ（誘電体多層膜又は反射多層膜ともいう。）９０２Ｂａと９０２Ｂｂと、光学干渉フィルタ９０２Ｂａと９０２Ｂｂとの間のエアギャップと、基板９０６Ｂ−１及び９０６Ｂ−２とを備える分光素子９０２Ｂを備える。機能素子９０１Ｂは曲面形状を有する透明基板である。透明基板は、透明性のガラス又は透明性の樹脂から作製することができる。
【００９５】
固体撮像装置９００Ｂに備えられる波長可変デバイスは、分光素子９０２Ｂと距離可変装置９０７Ｂ−１及び９０７Ｂ−２とを備える。すなわち、図２３（Ｃ）に示されるように、固体撮像装置９００Ｂは、４画素毎に１つの波長可変デバイスを備える。
【００９６】
図２３（Ｃ）中のエアギャップにおいては、距離可変装置９０７Ｂ−１及び９０７Ｂ−２を用いて、エアギャップの距離ｄ９Ｂを変化させることができる。距離可変装置９０７Ｂ−１及び９０７Ｂ−２としては、ピエゾ素子等の圧電素子や、ＭＥＭＳ素子を用いることができる。
【００９７】
固体撮像装置９００Ｂは、波長可変デバイスの下層（図２３（Ｃ）中の下方向）には、４画素分として、半導体基板９０３Ｂに形成された合計で４つのフォトダイオード（ＰＤ）９０４Ｂ−１〜９０４Ｂ−４とを備える。なお、図示はされていないが、固体撮像装置９００Ｂは、半導体基板９０３Ｂの下層（図２３（Ｃ）中の下方向）に配線層が形成されている。
【００９８】
固体撮像装置９００Ｂは、上述したように、レンズ形状の凸曲面の透明基板である機能素子９０１Ｂを上部（図２３（Ｃ）中の上方向）に貼りあわせた構造となる。斜めから入射した光線（主に主光線）を、透明基板（機能素子９０１Ｂ）と空気との界面で、スネル則で屈折することを利用して、フォトダイオード（ＰＤ）９０４Ｂ-１〜９０４Ｂ-４の受光面（半導体基板９０３Ｂの受光面側の面）に対して、略垂直方向（矢印Ｑ６方向）に曲げる機能がある。結像レンズの光軸から離れた像高の高いところで主光線の入射角度が大きくなるが、透明基板（機能素子９０１Ｂ）表面の傾斜を大きくすることで主光線を略垂直方向に曲げることができる。
【００９９】
＜実施例５＞
この実施例では画像応用の例について述べる。本技術によれば、像面のどこでも（像面の任意な場所で）正確な分光特性と同時に画像を取得できるため、医療や美容に応用可能である。図２４は、医療応用として、腫瘍検査で得られた反射率スペクトルの結果を示すグラフである。縦軸は信号強度を表し、横軸は波長λ（ｎｍ）を表す。図２４に示されるように、本技術に係る固体撮像装置を用いることによって、腫瘍かどうかの判断において、腫瘍の画像とともに、細胞表面の反射光について、スペクトル分光を取得することで、より精度の高い判断が可能となった。図２４に示されるように、波長５５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において、正常細胞と腫瘍細胞と間質と血管との連続スペクトルの形状が異なった。このような詳細な形状の連続スペクトルの取得とともに画像を同時に取得することで、細胞のどこの部位が異常になっているかの正確な判定が可能となる。これにより、正しい治療法の判断につながる。
【０１００】
さらに、図２５を用いて、スペクトル分光の美容応用について述べる。図２５（Ａ）は、美容応用として、シミ検査で得られた反射率スペクトルの結果を示すグラフである。縦軸は反射率を表し、横軸は波長λ（ｎｍ）を表す。図２５（Ｂ）は、美容応用として、頭皮検査で得られた反射率スペクトルの結果を示すグラフである。縦軸は反射率を表し、横軸は波長λ（ｎｍ）を表す。図２５（Ｃ）は、美容応用として、髪の保湿検査で得られた反射率スペクトルの結果を示すグラフである。縦軸は最大正規化反射率を表し、横軸は波長λ（ｎｍ）を表す。なお、シミ検査、頭皮検査及び髪の保湿検査において、像面の任意な場所で正確な分光スペクトルを取得するために、本技術に係る固体撮像装置が用いられる。
【０１０１】
図２５（Ａ）に示されるように、シミ検査において、通常の肌部とシミ部とにおいて表面からの光の反射率スペクトルの形状が大きくことなるために、正確な分光スペクトルを取得することで、シミがどこにあるかを判定することができる。特に、波長４５０〜９００ｎｍまでの反射率スペクトルの形状と、シミの画像とを取得することで、判定することが可能となる。
【０１０２】
同様に頭皮検査において、図２５（Ｂ）に示されるように、正常皮膚と潜在メラニンとメラニンとからの光の反射率スペクトルの形状が変わるために、正確な分光スペクトルを取得することで、メラニン及び潜在メラニンの部位が認識できた。特に、波長４００〜６００ｎｍと波長８００〜１０００ｎｍとの反射率スペクトルの形状と、頭皮の画像とから判断するこができる。
【０１０３】
さらに同様に、髪の保湿状態を検査することができた。図２５（Ｃ）に示されるように、特に、波長１３００ｎｍ〜１７００ｎｍの反射率スペクトルの形状と髪の画像とから判断することができる。
【０１０４】
以上のように、正確な分光スペクトルと、適切な画像とを取得することで、美容において肌や頭皮や髪などの状態を把握することで対処方法を打つことができる。
【０１０５】
＜実施例６＞
本技術によれば、像面の任意な場所で正確な分光特性と同時に画像を取得できるため、生体認証に応用可能である。図２６は、人肌（Ｍｏｎｇｏｌｏｉｄ、Ｃａｕｃａｓｏｉｄ及びＮｅｇｌｏｉｄ）から反射された光の分光スペクトルを示す図である。図２６の縦軸はＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ（反射率）を表し、横軸はＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ（波長）（ｎｍ）を表す。
【０１０６】
正確な分光スペクトル形状と画像とを取得することで、図２６に示されるように、人肌か偽造物かの判定が可能となる。また、図２６中の丸印Ｓ（波長が約９５０ｎｍ）で、Ｍｏｎｇｏｌｏｉｄ、Ｃａｕｃａｓｏｉｄ及びＮｅｇｌｏｉｄのＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ（反射率）が大きく異なるので、Ｍｏｎｇｏｌｏｉｄ、Ｃａｕｃａｓｏｉｄ及びＮｅｇｌｏｉｄのどの人種であるかを識別することができる。
【０１０７】
また、この分野以外でも、葉のクロロフィル濃度は反射率分光と関連があるために、通常の葉と枯れた葉の区別が可能になる。これらの見分けることで農業の育成状態センシング応用が可能となる。さらに薬品中の成分分析をするうえでも、分光取得が必要であり、このような解析応用も可能となる。
【０１０８】
なお、本技術は、上記各実施形態及び各実施例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。
【０１０９】
また、本技術の効果に関して、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【０１１０】
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
［１］
機能素子と、分光素子と、半導体基板と、該半導体基板に形成された光電変換素子とを備え、
該分光素子が、該機能素子と該光電変換素子との間に配され、
該機能素子が、入射光を該光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする、
固体撮像装置。
［２］
複数の画素が１次元又は２次元に配列され、該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子と、前記光電変換素子とが設けられる、［１］に記載の固体撮像装置。
［３］
複数の画素が１次元又は２次元に配列され、少なくとも２つの該画素毎に、前記機能素子と、前記分光素子とが設けられ、該画素毎に光電変換素子が設けられる、［１］に記載の固体撮像装置。
［４］
前記機能素子が集光機能を有する、［１］から［３］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［５］
前記機能素子が、曲面形状を有する基板を備える、［１］から［４］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［６］
前記機能素子が屈折率分布構造を有し、該屈折率分布構造が非対称性である、［１］から［５］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［７］
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなるパターンを有する、［６］に記載の固体撮像装置。
［８］
前記屈折率分布構造が、高屈折率材料と低屈折率材料とからなり、波長オーダー以下の間隔を有するパターンを有する、［６］又は［７］に記載の固体撮像装置。
［９］
前記屈折率分布構造が、リングパターン又は多角形パターンを有する、［６］から［８］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１０］
前記屈折率分布構造の前記非対称性が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化する、［６］から［９］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１１］
前記入射光を前記光電変換素子に対して略垂直方向の光に補正をする補正力が、撮像面の中心に対する像高の大きさに応じて変化する、［１］から［１０］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１２］
前記分光素子が、少なくとも１つの光学干渉フィルタを備える、［１］から［１１］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１３］
前記分光素子が、ホールアレイ構造を有する金属膜を備える、［１］から［１１］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１４］
［１］から［１３］のいずれか１つに記載の固体撮像装置を備える、電子装置。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・光学干渉フィルタ、
１０・・・分光素子（ファブリペロ共振器）、
２０、２０Ａ〜２０Ｄ、３０、１０１（１０１−１、１０１−２）、２０１（２０１−１、２０１−２）、３０１（３０１−１、３０１−２）、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１・・・機能素子、
１０２（１０２−１、１０２−２）、２０２（２０２−１、２０２−２）、３０２（３０２−１、３０２−２）、４０２、５０２、６０２、７０２、９０２Ａ（９０２Ａ−１、９０２Ａ−２）、９０２Ｂ・・・分光素子、
１０３（１０３−１、１０３−２）、２０３（２０３−１、２０３−２）、３０３（３０３−１、３０３−２）、４０３、９０３Ａ（９０３Ａ−１、９０２Ａ−２）、９０３Ｂ・・・半導体基板、
１０４（１０４−１、１０４−２）、２０４（２０４−１、２０４−２）、３０４（３０４−１、３０４−２）、４０４（４０４−１〜４０４−ｎ）、９０４Ａ（９０４Ａ−１、９０４Ａ−２）、９０４Ｂ（９０４Ｂ−１、９０４Ｂ−２）・・・光電変換素子（フォトダイオード）
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００Ａ、９００Ｂ・・・固体撮像装置。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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