(57)【要約】【課題】所望の透過成分に対して短波長側の波長成分による混色の発生を抑制する。【解決手段】光学フィルタは、複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層とを備える。金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の第２の誘電体層中での波長より小さく、第１の誘電体層の厚さは、電磁波の第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い。本技術は、ホールアレイフィルタに適用することができる。【選択図】図４
2015232599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い
光学フィルタ。
【請求項２】
第１の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部は、第２の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部より大きい
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記第２の誘電体層は、前記金属薄膜フィルタの出射面側にも形成される
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、前記電磁波の波長と同程度の距離とされる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記電磁波の波長をλ、前記第１の誘電体層の複素屈折率の実部をＮとした場合、前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、0.5λ/N乃至2.0λ/Nの間の距離とされる
請求項４に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記金属薄膜フィルタは、Al，Ag，Au，Cu，およびＷ、または、そのいずれかを含む合金からなる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記金属薄膜フィルタの厚さは、50nm乃至300nmの間とされる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記第１の誘電体層は、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、および酸化タンタル、または、そのいずれかを含む材料からなる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
前記第２の誘電体層は、酸化シリコンおよびフッ化マグネシウムのいずれかを含む材料からなる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、円形、正方形、縦横比が１：１となる十字型またはコの字型とされる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、楕円形、矩形、縦横比が１：１でない十字型またはコの字型とされる
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１２】
前記金属薄膜フィルタの開口は、正方配列で配置される
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記金属薄膜フィルタの開口は、三角配列で配置される
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記金属薄膜フィルタの開口は、スリットとして形成され、前記スリットの短辺方向に並んで配置される
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタ
を備える固体撮像装置。
【請求項１６】
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタを備える固体撮像装置
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、光学フィルタ、固体撮像装置、および電子機器に関し、特に、混色の発生を抑制することができるようにする光学フィルタ、固体撮像装置、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
1998年、可視光線の波長より小さいサイズの開口が２次元的に周期的に配置された金属薄膜フィルタ（ホールアレイフィルタ）が、その開口の周期パターンに対応した波長成分を高い効率で透過させる現象が発見された。それ以来、金属薄膜フィルタについての様々な研究や応用用途の提案がなされている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００３】
このような金属薄膜フィルタにおいては、開口のサイズ、形状、および周期パターンにより、透過させたい色や波長成分、透過特性や偏光依存性等が制御される。その金属薄膜フィルタの透過特性を支配する物理的なメカニズムは、金属表面の自由電子が電磁波と結合した表面プラズモンポラリトン（SPP）を媒介として、電磁波が透過する点である。このような周期的な微細加工が施された金属薄膜フィルタは、プラズモニックフィルタとして広く知られている。
【０００４】
プラズモニックフィルタは、シンプルな金属薄膜からなるフィルタであり、リソグラフィ等の２次元平面上で微細な構造を形成する手法と親和性が高く、さらに、光学特性の設計の自由度が高いという長所がある。そのため、例えば、ホールアレイフィルタは、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサやCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサのカラーフィルタ等に用いられている（例えば、特許文献１乃至４、非特許文献３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７７１９１号公報
【特許文献２】国際公開第０８／８２５６９号パンフレット
【特許文献３】特開２００９−１４７３２６号公報
【特許文献４】特開２０１２−５９８６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ebbesen, Thomas W., et al. "Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays." Nature 391.6668 (1998): 667-669.
【非特許文献２】Barnes, William L., Alain Dereux, and Thomas W. Ebbesen. "Surface plasmon subwavelength optics." Nature 424.6950 (2003): 824-830.
【非特許文献３】Chen, Qin, and David RS Cumming. "High transmission and low color cross-talk plasmonic color filters using triangular-lattice hole arrays in aluminum films." Optics express 18.13 (2010): 14056-14062.
【非特許文献４】Yokogawa Sozo, Stanley P. Burgos, and Harry A. Atwater. "Plasmonic color filters for CMOS image sensor applications." Nano letters 12.8 (2012): 4349-4354.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラズモニックフィルタの透過特性は、様々な電磁波の透過モードの合成によって決定される。例えば、プラズモニックフィルタの１つであるホールアレイフィルタには、表面（局在）を媒介とする透過モード（以下、プラズモニックモードという）の他に、光が光学的に透過する透過モード（以下、フォトニックモードという）がある。
【０００８】
ホールアレイフィルタに配置されている開口サイズに対して長い波長の場合、光は、光としてホールアレイフィルタを透過することができない。一方、開口サイズに対して短い波長の場合、光は、光としてホールアレイフィルタを透過することができる。
【０００９】
例えば、SiO2で表面が被覆されたAl薄膜からなるホールアレイフィルタにおいて、波長が600nmの光をプラズモンとして透過させるためには、開口の直径（開口径）をおよそ200nmとする必要がある。一方で、開口径が200nmの場合、紫外線や青色光等の波長が450nm以下の光は、光としてそのホールアレイフィルタを透過してしまう。すなわち、従来のプラズモニックフィルタでは、所望の透過成分に対して短波長側の波長成分により、混色が発生するおそれがあった。
【００１０】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、所望の透過成分に対して短波長側の波長成分による混色の発生を抑制することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本技術の一側面の光学フィルタは、複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層とを備え、前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い。
【００１２】
第１の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部は、第２の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部より大きいようにすることができる。
【００１３】
前記第２の誘電体層は、前記金属薄膜フィルタの出射面側にも形成されるようにすることができる。
【００１４】
前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、前記電磁波の波長と同程度の距離とされるようにすることができる。
【００１５】
前記電磁波の波長をλ、前記第１の誘電体層の複素屈折率の実部をＮとした場合、前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、0.5λ/N乃至2.0λ/Nの間の距離とされるようにすることができる。
【００１６】
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、円形、正方形、縦横比が１：１となる十字型またはコの字型とされるようにすることができる。
【００１７】
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、楕円形、矩形、縦横比が１：１でない十字型またはコの字型とされるようにすることができる。
【００１８】
前記金属薄膜フィルタの開口は、正方配列で配置されるようにすることができる。
【００１９】
前記金属薄膜フィルタの開口は、三角配列で配置されるようにすることができる。
【００２０】
前記金属薄膜フィルタの開口は、スリットとして形成され、前記スリットの短辺方向に並んで配置されるようにすることができる。
【００２１】
本技術の一側面の固体撮像装置は、複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層とを備え、前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタを備える。
【００２２】
本技術の一側面の電子機器は、複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層とを備え、前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタを備える固体撮像装置を備える。
【００２３】
本技術の一側面においては、第１の誘電体層が、複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成され、第２の誘電体層は、第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成され、金属薄膜フィルタの開口径が、透過させる電磁波の第２の誘電体層中での波長より小さく、第１の誘電体層の厚さが、電磁波の第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄くなるようになされる。
【発明の効果】
【００２４】
本技術の一側面によれば、所望の透過成分に対して短波長側の波長成分による混色の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ホールアレイフィルタの構造例を示す平面図である。
【図２】従来のホールアレイフィルタの構造例を示す斜視図および断面図である。
【図３】従来のホールアレイフィルタの光学特性について説明する図である。
【図４】本技術のホールアレイフィルタの構造例を示す斜視図および断面図である。
【図５】本技術のホールアレイフィルタの光学特性について説明する図である。
【図６】透過特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】ホールアレイフィルタの他の構造例を示す平面図である。
【図８】ホールアレイフィルタの他の構造例を示す平面図である。
【図９】ホールアレイフィルタの他の構造例を示す平面図である。
【図１０】ホールアレイフィルタの他の構造例を示す平面図である。
【図１１】本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本技術を適用した固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図１３】本技術を適用した固体撮像装置の画素の構成例を示す断面図である。
【図１４】本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本技術の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２７】
＜ホールアレイフィルタの構造例＞
図１は、本技術が適用される、一般的なホールアレイフィルタの構造例を示す平面図である。
【００２８】
図１Ａに示されるホールアレイフィルタ１１は、金属薄膜フィルタ２１に、複数の開口２２が正方配列で配置されることで、プラズモニックフィルタとして構成される。また、図１Ｂに示されるホールアレイフィルタ１１は、金属薄膜フィルタ２１に、複数の開口２２が三角配列で配置されることで、プラズモニックフィルタとして構成される。
【００２９】
なお、詳細は後述するが、ホールアレイフィルタ１１において、金属薄膜フィルタ２１は、その周囲を図示せぬ誘電体層に覆われている。
【００３０】
金属薄膜フィルタ２１は、Al，Ag，Au，Cu，およびＷのいずれかからなるか、または、それらのいずれかを含む合金からなり、その厚さは、およそ50nm乃至300nmの間とされる。
【００３１】
開口２２は、その開口径が、透過させたい電磁波（光）の波長よりも小さくなるように形成されている。
【００３２】
＜従来のホールアレイフィルタの構造＞
次に、図２を参照して、従来のホールアレイフィルタの構造について説明する。
【００３３】
図２Ａは、ホールアレイフィルタ１１において、図中破線で示される、三角配列で配置されている開口２２の１つとその周囲を切り出した部分の斜視図を示しており、図２Ｂは、開口２２の１つとその周囲を切り出した部分の断面図を示している。
【００３４】
特に、図２Ｂに示されるように、従来のホールアレイフィルタ１１において、金属薄膜フィルタ２１は、光の入射面側と出射面側の両側が誘電体層２３に覆われ、開口２２内は、その誘電体層２３で充填されている。
【００３５】
このような構造のホールアレイフィルタ１１において、表面プラズモンの分散関係は、金属薄膜フィルタ２１を構成する金属と、その金属に接する誘電体層２３の材料の比誘電率および透磁率により決まる。
【００３６】
図３Ａに示されるように、ホールアレイフィルタ１１の入射面側に入射した電磁波は、表面プラズモンとして、開口２２内側の金属表面と誘電体層２３との界面を伝播することで、ホールアレイフィルタ１１を透過し、その出射面側に出射される。
【００３７】
なお、入射面側に入射した電磁波の波長が、開口２２の開口径に対して十分短い場合、その電磁波は、図３Ｂに示されるように、光（フォトン）としてホールアレイフィルタ１１を透過してしまう。この場合、誘電体層２３中の実効的な電磁波の波長は、誘電体層２３の屈折率によって決まる。
【００３８】
このように、従来のホールアレイフィルタにおいては、開口の開口径が、透過させたい電磁波の波長よりも小さくなるように形成されているものの、開口の開口径に対して十分短い波長の光は、光として透過してしまう。すなわち、従来のホールアレイフィルタでは、所望の透過成分に対して短波長側の波長成分により、混色が発生するおそれがあった。
【００３９】
また、従来のホールアレイフィルタにおいては、隣接する開口同士での表面プラズモンの干渉が、透過特性に大きな影響を与えるため、ある程度開口同士の間隔（周期）を設けないと透過効率が劣化するという問題があった。例えば、非特許文献４によれば、Al薄膜からなるホールアレイフィルタの場合、５μm程度の開口の周期が必要とされている。
【００４０】
＜本技術のホールアレイフィルタの構造＞
次に、図４を参照して、本技術を適用したホールアレイフィルタの構造について説明する。
【００４１】
図４Ａは、図２Ａと同様、ホールアレイフィルタ１１において、三角配列で配置されている開口２２の１つとその周囲を切り出した部分の斜視図を示しており、図４Ｂは、開口２２の１つとその周囲を切り出した部分の断面図を示している。
【００４２】
図４Ａ，Ｂに示されるように、本技術を適用したホールアレイフィルタ１１において、金属薄膜フィルタ２１は、誘電体層２４により、その表面が被覆されるとともに、開口２２内の内壁が被覆されている。
【００４３】
また、図４Ｂに示されるように、誘電体層２４に被覆された金属薄膜フィルタ２１は、光の入射面側と出射面側の両側が誘電体層２３に覆われ、開口２２内が、その誘電体層２３で充填されている。
【００４４】
開口２２は、開口径が、透過させたい所望の電磁波の誘電体層２３中での実効的な波長よりも小さくなるように形成されている。
【００４５】
また、開口２２同士の間隔（周期）は、透過させたい所望の電磁波の波長と同程度の距離とされる。例えば、透過させたい所望の電磁波の波長をλ、誘電体層２４の複素屈折率の実部をＮとした場合、開口２２の周期は、0.5λ/N乃至2.0λ/Nの間の距離とされる。
【００４６】
誘電体層２３は、酸化シリコンおよびフッ化マグネシウムのいずれかを含む材料からなる。また、誘電体層２４は、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、および酸化タンタルのいずれかからなるか、または、そのいずれかを含む材料からなる。
【００４７】
また、誘電体層２４は、その厚さが、透過させたい所望の電磁波の誘電体層２３中での実効的な波長と略同じか、またはそれより薄くなるように形成されている。
【００４８】
さらに、誘電体層２４は、誘電体層２３の屈折率より大きい屈折率を有する。具体的には、誘電体層２４を構成する材料の複素屈折率の実部は、誘電体層２３を構成する材料の複素屈折率の実部より大きくなるようになされている。
【００４９】
本技術を適用したホールアレイフィルタ１１においては、表面プラズモンの分散関係は、金属薄膜フィルタ２１を構成する金属と、その金属に接する誘電体層２４の材料の比誘電率および透磁率により決まる。誘電体層２４を構成する材料の複素屈折率の実部は、誘電体層２３を構成する材料の複素屈折率の実部より大きいので、図３Ａを参照して説明した表面プラズモンの伝播特性や透過特性と同様の特性を実現する場合、従来のホールアレイフィルタの構造と比べて、開口２２の開口径を小さくし、開口２２の周期を短くすることができる。
【００５０】
もちろん、この場合であっても、図５Ａに示されるように、ホールアレイフィルタ１１の入射面側に入射した電磁波は、表面プラズモンとして、開口２２内側の金属表面と誘電体層２４との界面を伝播することで、ホールアレイフィルタ１１を透過し、その出射面側に出射される。
【００５１】
さらに、開口２２内の内壁にも、誘電体層２３の屈折率より高い屈折率を有する誘電体層２４が存在するため、従来のホールアレイフィルタ１１の構造と比べて、開口２２の開口径は小さくなる、したがって、図５Ｂに示されるように、図３Ｂと同様の波長の電磁波を入射面側に入射した場合であっても、その電磁波は、光（フォトン）としてホールアレイフィルタ１１を透過することができない。
【００５２】
＜透過特性のシミュレーション結果＞
ここで、図６を参照して、従来のホールアレイフィルタ１１と本技術を適用したホールアレイフィルタ１１の透過特性のシミュレーション結果について説明する。なお、このシミュレーションは、FDTD（Finite Difference Time Domain）法を用いて行われている。
【００５３】
図６のグラフにおいて、横軸は電磁波の波長を、縦軸は相対透過率を示している。またグラフ中、破線は、従来のホールアレイフィルタ１１を、赤色光を透過させるように最適化した場合の透過率を示し、実線は、本技術のホールアレイフィルタ１１を、赤色光を透過させるように最適化した場合の透過率を示している。
【００５４】
図６のグラフに示されるように、赤色光を含む波長600nm乃至700nm近傍において、透過特性は、本技術のホールアレイフィルタ１１と、従来のホールアレイフィルタ１１とで、略同一の曲線を描いている。
【００５５】
一方、波長400nm乃至500nm近傍において、従来のホールアレイフィルタ１１の透過特性では、400nm乃至530nmで20％乃至30％の透過成分が存在している。すなわち、従来のホールアレイフィルタ１１を透過した赤色光に青色光が混色してしまう。
【００５６】
これは、従来のホールアレイフィルタ１１においては、プラズモニックモードで所望の波長の電磁波を透過させる場合、所望の波長より短波長の電磁波が、フォトニックモードで透過してしまうことによる。
【００５７】
これに対して、本技術のホールアレイフィルタ１１においては、波長440nm近傍で透過成分のピークが表れているものの、他の波長域においては、従来のホールアレイフィルタ１１と比べ、透過成分が抑制されている。
【００５８】
すなわち、本技術のホールアレイフィルタ１１においては、従来のホールアレイフィルタ１１においてフォトニックモードで透過してしまう波長域を、短波長側にシフトさせることができる。
【００５９】
以上のように、本技術の構造によれば、所望の波長域（例えば、可視光線の波長域）において、フォトニックモードの寄与を抑制しつつ、プラズモニックモードの透過特性を維持することができ、結果として、所望の透過成分に対して短波長側の波長成分による混色の発生を抑制することが可能となる。
【００６０】
また、本技術の構造によれば、金属薄膜フィルタ２１を構成する金属と、誘電体層２３の屈折率より高い屈折率を有する誘電体層２４とで決まる表面プラズモンの分散関係により、プラズモニックフィルタとしてのホールアレイフィルタ１１の透過特性を制御することができるので、開口２２の周期をより小さくすることができる。これにより、透過特性を維持したまま、従来の構造と比べて、ホールアレイフィルタのサイズを小さくすることが可能となる。また、ホールアレイフィルタのサイズを小さくしない場合には、開口２２の数を増やすことができるので、光学特性のロバスト性を向上させることが可能となる。
【００６１】
なお、図４においては、開口２２内の内壁が誘電体層２４で被覆されるものとしたが、開口２２内全体が誘電体層２４で充填されるようにしてもよい。
【００６２】
＜ホールアレイフィルタの他の構造例＞
上述したように、本技術を適用したホールアレイフィルタにおいては、金属薄膜フィルタに複数の開口が周期的に配置されるものとしたが、その開口の形状は、任意の形状とすることができる。
【００６３】
図７は、種々の形状の開口が設けられたホールアレイフィルタの構造例を示している。
【００６４】
図７Ａに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、上述で説明した構成と同様、円形の開口２２ａが正方配列で配置されており、図７Ｂに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、正方形の開口２２ｂが正方配列で配置されている。
【００６５】
また、図７Ｃに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、十字型の開口２２ｃが正方配列で配置されており、図７Ｄに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、コの字型の開口２２ｄが正方配列で配置されている。
【００６６】
なお、図７に示されるホールアレイフィルタ１１の開口の形状は、それぞれ縦横比が１：１となる形状であるものとしたが、図８に示されるように、縦横比が１：１でない形状を採るようにしてもよい。
【００６７】
図８Ａに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、楕円形の開口２２ｅが正方配列で配置されており、図８Ｂに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、長方形の開口２２ｆが正方配列で配置されている。
【００６８】
また、図８Ｃに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、縦横比が１：１でない十字型の開口２２ｇが正方配列で配置されており、図８Ｄに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、縦横比が１：１でないコの字型の開口２２ｈが正方配列で配置されている。
【００６９】
さらに、本技術を適用したホールアレイフィルタにおいては、金属薄膜フィルタに周期的に配置される開口を、任意の配置パターンで配置することができる。
【００７０】
図９は、種々の配置パターンで開口が設けられたホールアレイフィルタの構造例を示している。
【００７１】
図９Ａに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、開口２２が、横方向および縦方向に隣接する２つの開口２２との距離ａ，ｂが等しい距離で、かつ、それぞれが位置する方向のなす角が90°となる配置パターン、すなわち正方配列で配置されている。
【００７２】
図９Ｂに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、開口２２が、横方向および縦方向に隣接する２つの開口２２との距離ａ，ｂが異なる距離で、かつ、それぞれが位置する方向のなす角が90°となる配置パターンで配置されている。
【００７３】
図９Ｃに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、開口２２が、横方向および縦方向に隣接する２つの開口２２との距離ａ，ｂが等しい距離で、かつ、それぞれが位置する方向のなす角が60°となる配置パターン、すなわち三角配列で配置されている。
【００７４】
図９Ｄに示されるホールアレイフィルタ１１には、金属薄膜フィルタ２１に、開口２２が、横方向および縦方向に隣接する２つの開口２２との距離ａ，ｂが異なる距離で、かつ、それぞれが位置する方向のなす角が60°となる配置パターンで配置されている。
【００７５】
なお、図９に示されるホールアレイフィルタ１１の開口の形状として、図８または図９を参照して説明した開口の形状を採用するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、本技術を適用したホールアレイフィルタにおいて、金属薄膜フィルタに形成される開口を長方形状の貫通溝（スリット）としてもよい。
【００７７】
図１０は、開口がスリットとして形成されたホールアレイフィルタの構造例を示している。
【００７８】
図１０に示されるホールアレイフィルタ１１においては、金属薄膜フィルタ２１に、開口が長方形状のスリット３１として形成されており、スリット３１は、その短辺方向に並んで配置されている。
【００７９】
図１０に示されるホールアレイフィルタ１１において、スリット３１は、その長辺が、ホールアレイフィルタ１１が透過させる光の波長よりも長く、その短辺が、ホールアレイフィルタ１１が透過させる光の波長よりも短くなるように形成されている。
【００８０】
このような構造により、スリットの長辺方向（スリット方向）に平行な偏光が反射され、スリット方向に対して垂直な偏光を透過させることができ、ホールアレイフィルタ１１を偏光フィルタとして機能させることができる。
【００８１】
以上のように、本技術は、図７乃至図１０を参照して説明した形状や配置パターンを有する開口を備えるホールアレイフィルタに対して適用することができる。
【００８２】
＜固体撮像装置の構成例＞
次に、図１１を参照して、本技術を適用した固体撮像装置の構成例について説明する。
【００８３】
図１１に示される固体撮像装置５１は、増幅型固体撮像装置の１つである、表面照射型のCMOSイメージセンサとして形成されるようにしてもよいし、裏面照射型のCMOSイメージセンサや他の増幅型固体撮像装置、CCDイメージセンサ等の電荷転送型の固体撮像装置として形成されるようにしてもよい。
【００８４】
図１１に示される固体撮像装置５１は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部６１と、画素アレイ部６１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部６２、カラム処理部６３、水平駆動部６４、PLL回路６５、およびシステム制御部６６から構成されている。
【００８５】
さらに、固体撮像装置５１は、信号処理回路６７およびメモリ６８を備えている。
【００８６】
画素アレイ部６１は、受光した光量に応じた光電荷を生成し、蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に画素という）が行方向および列方向に、すなわち、行列状に２次元配置された構成を採る。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（水平方向）を表し、列方向とは画素列の画素の配列方向（垂直方向）を表している。
【００８７】
画素アレイ部６１においては、行列状の画素配列に対して、画素行毎に画素駆動線が行方向に沿って配線され、画素列毎に垂直信号線が列方向に沿って配線されている。画素駆動線は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。画素駆動線の一端は、垂直駆動部６２の各行に対応した出力端に接続されている。
【００８８】
垂直駆動部６２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部６１の各画素を全画素同時または行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部６２は、垂直駆動部６２を制御するシステム制御部６６とともに、画素アレイ部６１の各画素を駆動する駆動部を構成している。
【００８９】
垂直駆動部６２によって駆動された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列毎に垂直信号線の各々を通してカラム処理部６３に入力される。カラム処理部６３は、画素アレイ部６１の画素列毎に、選択行の各画素から垂直信号線を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００９０】
具体的には、カラム処理部６３は、信号処理として、少なくともノイズ除去処理、例えばCDS（Correlated Double Sampling）処理を行う。カラム処理部６３によるCDS処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の、画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理部６３には、ノイズ除去処理以外に、例えば、AD（Analog-Digital）変換機能を持たせ、アナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力させることも可能である。
【００９１】
水平駆動部６４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部６３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部６４による選択走査により、カラム処理部６３において単位回路毎に信号処理された画素信号が順番に出力される。
【００９２】
システム制御部６６は、PLL回路６５によって生成されるクロック信号を基準として各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部６２、カラム処理部６３、および水平駆動部６４等の駆動制御を行う。
【００９３】
信号処理回路６７は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部６３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。カラム処理部６３から出力される画素信号は、画素毎に設けられるカラーフィルタに対応する強度情報しか有しないため、隣接する異なる色の画素の強度情報から、各画素の色成分の強度情報が、デモザイク処理やコンボリューション処理等の補間処理により復元される。さらに、ホワイトバランスやガンマ補正、輪郭強調、画像圧縮等の処理が行われることで、得られる画像を、被写体に忠実な画像に復元することができるようになる。
【００９４】
メモリ６８は、信号処理回路６７での信号処理に必要なデータを一時的に格納する。
【００９５】
なお、信号処理回路６７およびメモリ６８は、固体撮像装置５１と同じ基板（半導体基板）上に搭載されても構わないし、固体撮像装置５１とは別の基板上に配置されるようにしても構わない。また、信号処理回路６７およびメモリ６８の各処理は、固体撮像装置５１とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えば、DSP（Digital Signal Processor）回路やソフトウエアによる処理として実行されても構わない。
【００９６】
また、固体撮像装置５１が裏面照射型のCMOSイメージセンサである場合、固体撮像装置５１は、画素アレイ部６１を含む半導体基板とロジック回路を含む半導体基板とを貼り合わせた、積層型のCMOSイメージセンサとして構成されるようにしてもよい。
【００９７】
＜画素の構成例＞
（回路構成）
図１２は、画素アレイ部６１に配置されている画素の構成例を示す回路図である。
【００９８】
図１２に示されるように、画素７１は、垂直駆動部６２に接続される画素駆動線RST，SEL，TRGと、カラム処理部６３に接続される垂直信号線VSL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で構成される。
【００９９】
具体的には、画素７１は、フォトダイオード８１、転送トランジスタ８２、フローティングディフュージョン８３、リセットトランジスタ８４、増幅トランジスタ８５、および選択トランジスタ８６を有している。
【０１００】
フォトダイオード８１に蓄積された電荷は、転送トランジスタ８２を介してフローティングディフュージョン８３に転送される。フローティングディフュージョン８３は、増幅トランジスタ８５のゲートに接続されている。画素７１が読み出しの対象となると、選択トランジスタ８６がオンされ、増幅トランジスタ８５がソースフォロワ（Source Follower）駆動することで、フローティングディフュージョン８３に転送された電荷量に対応する信号が、画素７１の画素信号として垂直信号線VSLに読み出される。また、フローティングディフュージョン８３に転送された電荷はリセットトランジスタ８４がオンされることでリセットされる。
【０１０１】
（断面構成）
図１３は、上述した画素７１の構成例を示す断面図である。図１３Ａは、行列状に２次元配置されている画素７１のうちの２×２画素を切り出した部分の斜視図を示しており、図１３Ｂは、画素７１のうちの隣接する２画素を切り出した部分の断面図を示している。
【０１０２】
図１３に示されるように、画素７１においては、図示せぬ半導体基板上に、入射した光を受光し光電変換を行う光電変換部１０１が形成される。光電変換部１０１において隣接する画素７１との境界には、画素同士の混色を防ぐための遮光壁１０２が形成され、光電変換部１０１上の隣接する画素７１との境界には、画素同士の混色を防ぐための遮光部材１０３が形成される。
【０１０３】
また、光電変換部１０１の上層には、画素７１それぞれに応じた分光特性を有する光学フィルタ１０４が形成され、光学フィルタ１０４の上には、マイクロレンズ１０５が形成される。
【０１０４】
図１３においては、光学フィルタ１０４として、上述した実施の形態のホールアレイフィルタが設けられる。
【０１０５】
具体的には、図１３Ｂに示されるように、光学フィルタ１０４は、複数の開口１１２が周期的に配置された金属薄膜フィルタ１１１と、金属薄膜フィルタ１１１の表面を被覆するとともに、開口１１２内を被覆するかまたは充填するように形成された誘電体層１１３と、誘電体層１１３の屈折率より低い屈折率を有し、金属薄膜フィルタ１１１の少なくとも入射面側に形成された誘電体層１１４とを備えている。
【０１０６】
なお、図１３に示される金属薄膜フィルタ１１１、開口１１２、および誘電体層１１３，１１４は、例えば、図４を参照して説明した金属薄膜フィルタ２１、開口２２、および誘電体層２４，２３のそれぞれに対応するので、その説明は省略する。
【０１０７】
ホールアレイフィルタは、プラズモニックモードで透過させたい電磁波の波長域よりも長波長側の成分を基本的に透過させないので、紫外線や可視光線の波長域を透過させる固体撮像装置のカラーフィルタとして、ホールアレイフィルタを用いることで、可視光線の波長域よりも長波長側の赤外線をカットすることができる。これにより、赤外線カットフィルタを設ける必要がなく、製造にかかるコストを削減することができるようになる。
【０１０８】
また、本技術を適用したホールアレイフィルタによれば、従来のホールアレイフィルタが有する、透過特性における複数のピークのうちの、フォトニックモードでのピークだけを選択的に抑えることができるので、固体撮像装置のカラーフィルタとして、本技術のホールアレイフィルタを用いることで、画素毎に所望の色成分のみの画素信号が得られるようになり、画素信号に対して信号処理を行う信号処理回路において、RGB画像やマルチカラー画像を復元する際の計算が平易になるとともに、混色や偽色の発生を抑制することができるので、画質の劣化を抑えることが可能となる。
【０１０９】
＜電子機器の構成例＞
次に、図１４を参照して、本技術を適用した電子機器の構成例について説明する。
【０１１０】
図１４に示される電子機器２００は、光学レンズ２０１、固体撮像装置２０２、駆動回路２０３、および信号処理回路２０４を備えている。図１４においては、固体撮像装置２０２として、上述した実施の形態の光学フィルタを有する固体撮像装置５１を電子機器（例えばデジタルスチルカメラ）に設けた場合の構成を示す。
【０１１１】
光学レンズ２０１は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置２０２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置２０２内に一定期間信号電荷が蓄積される。
【０１１２】
駆動回路２０３は、固体撮像装置２０２の信号転送動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２０３から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０２は信号転送を行う。信号処理回路２０４は、固体撮像装置２０２から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。
【０１１３】
本技術の実施の形態の電子機器２００においては、固体撮像装置２０２において、RGB画像やマルチカラー画像を復元する際の計算が平易になるとともに、混色や偽色の発生を抑制することができ、画質の劣化を抑えることができるので、結果として、より高速に、高画質の画像が得られるようになる。
【０１１４】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の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。
【０１１５】
さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い
光学フィルタ。
（２）
第１の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部は、第２の誘電体層を構成する材料の複素屈折率の実部より大きい
（１）に記載の光学フィルタ。
（３）
前記第２の誘電体層は、前記金属薄膜フィルタの出射面側にも形成される
（１）または（２）に記載の光学フィルタ。
（４）
前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、前記電磁波の波長と同程度の距離とされる
（１）乃至（３）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（５）
前記電磁波の波長をλ、前記第１の誘電体層の複素屈折率の実部をＮとした場合、前記金属薄膜フィルタの開口同士の間隔は、0.5λ/N乃至2.0λ/Nの間の距離とされる
（４）に記載の光学フィルタ。
（６）
前記金属薄膜フィルタは、Al，Ag，Au，Cu，およびＷ、または、そのいずれかを含む合金からなる
（１）に記載の光学フィルタ。
（７）
前記金属薄膜フィルタの厚さは、50nm乃至300nmの間とされる
（１）に記載の光学フィルタ。
（８）
前記第１の誘電体層は、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、および酸化タンタル、または、そのいずれかを含む材料からなる
（１）に記載の光学フィルタ。
（９）
前記第２の誘電体層は、酸化シリコンおよびフッ化マグネシウムのいずれかを含む材料からなる
（１）に記載の光学フィルタ。
（１０）
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、円形、正方形、縦横比が１：１となる十字型またはコの字型とされる
（１）乃至（９）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（１１）
前記金属薄膜フィルタの開口の形状は、楕円形、矩形、縦横比が１：１でない十字型またはコの字型とされる
（１）乃至（９）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（１２）
前記金属薄膜フィルタの開口は、正方配列で配置される
（１）乃至（１１）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（１３）
前記金属薄膜フィルタの開口は、三角配列で配置される
（１）乃至（１１）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（１４）
前記金属薄膜フィルタの開口は、スリットとして形成され、前記スリットの短辺方向に並んで配置される
（１）乃至（９）のいずれかに記載の光学フィルタ。
（１５）
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタ
を備える固体撮像装置。
（１６）
複数の開口が周期的に配置された金属薄膜フィルタと、
前記金属薄膜フィルタの表面を被覆するとともに、前記金属薄膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の屈折率より低い屈折率を有し、前記金属薄膜フィルタの少なくとも入射面側に形成された第２の誘電体層と
を備え、
前記金属薄膜フィルタの開口径は、透過させる電磁波の前記第２の誘電体層中での波長より小さく、
前記第１の誘電体層の厚さは、前記電磁波の前記第２の誘電体層中での波長と略同じ、またはそれより薄い光学フィルタを備える固体撮像装置
を備える電子機器。
【符号の説明】
【０１１６】
１１  ホールアレイフィルタ，  ２１  金属薄膜フィルタ，  ２２  開口，  ２３，２４  誘電体層，  ３１  開口，  ５１  固体撮像装置，  ７１  画素，  １０４  光学フィルタ  ２００  電子機器，  ２０２  固体撮像装置
【図１】
2015232599.tif 000003
【図２】
2015232599.tif 000004
【図３】
2015232599.tif 000005
【図４】
2015232599.tif 000006
【図５】
2015232599.tif 000007
【図６】
2015232599.tif 000008
【図７】
2015232599.tif 000009
【図８】
2015232599.tif 000010
【図９】
2015232599.tif 000011
【図１０】
2015232599.tif 000012
【図１１】
2015232599.tif 000013
【図１２】
2015232599.tif 000014
【図１３】
2015232599.tif 000015
【図１４】
2015232599.tif 000016