(57)【要約】      （修正有）【課題】透過率が大きく、コストが低減可能なカラーフィルタアレイを提供する。【解決手段】カラーフィルタアレイは、金属構造と絶縁体とから構成され、中心周波数が異なる複数のカラーフィルタ１２０、１２１と、前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第１の共通電極１２３と、前記第１の共通電極と対向し、前記複数のカラーフィルタの前記金属構造から前記絶縁体によって隔てられており、前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第２の共通電極１２２と、前記第１の共通電極および前記第２の共通電極の間に電圧を印加して、前記複数のカラーフィルタの中心周波数を同時に変化させる電圧印加部１２１２４と、を備える。【選択図】図２
2015022279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構造と絶縁体とから構成され、中心周波数が異なる複数のカラーフィルタと、
前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第１の共通電極と、
前記第１の共通電極と対向し、前記複数のカラーフィルタの前記金属構造から前記絶縁体によって隔てられており、前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第２の共通電極と、
前記第１の共通電極および前記第２の共通電極の間に電圧を印加して、前記複数のカラーフィルタの中心周波数を同時に変化させる電圧印加部と、
を備える、カラーフィルタアレイ。
【請求項２】
前記複数のカラーフィルタのそれぞれに含まれる前記金属構造の大きさが互いに異なる、
請求項１に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項３】
前記複数のカラーフィルタのそれぞれに含まれる前記金属構造の前記第１および第２の共通電極と平行な面における面積が互いに異なる、
請求項２に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項４】
前記金属構造の厚みが１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項５】
前記金属構造と前記第２の共通電極との間の距離が１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項６】
前記第１および第２の共通電極に電圧を印加したときに、前記複数のカラーフィルタにおいて、単位電圧あたりの中心周波数のシフト量が同一となるように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項７】
中心周波数が高いカラーフィルタほど、前記金属構造の厚みが厚い、
請求項６に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項８】
中心周波数が高いカラーフィルタほど、前記金属構造と前記第２の共通電極の間の距離が大きい、
請求項６または７に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項９】
中心周波数が高いカラーフィルタほど、前記絶縁体の誘電率が小さい、
請求項６から８のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１０】
前記第１および第２の共通電極に電圧を印加したときに、前記複数のカラーフィルタのうち中心周波数が所定の範囲にあるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、単位電圧あたりの中心周波数のシフト量が小さくなるように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１１】
前記第１および第２の共通電極に電圧を印加したときに、前記複数のカラーフィルタのうち中心周波数が所定の範囲にあるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、中心周波数と誘電率の積を、金属構造の厚みと金属構造と第２の共通電極の間の距離との積で除した値が小さくなるように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１２】
中心周波数が前記所定の範囲にあるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、中心周波数に対する前記金属構造の厚みの比が大きい、
請求項１０または１１に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１３】
中心周波数が前記所定の範囲にあるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、中心周波数に対する前記金属構造と前記第２の共通電極の間の距離の比が大きい、
請求項１０から１２のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１４】
中心周波数が前記所定の範囲にあるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、中心周波数と前記絶縁体の誘電率の積が小さい、
請求項１０から１３のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１５】
前記複数のカラーフィルタはそれぞれ、前記第１および第２の共通電極と平行な断面における面積が異なる複数種類の金属構造を有している、
請求項１から１４のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１６】
前記複数のカラーフィルタはそれぞれ、透過する光の周波数帯域を制限する吸収フィルタを更に備える、
請求項１５に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１７】
前記第１および第２の共通電極と平行な断面における面積が小さな金属構造ほど、数密度が高く配置されている、
請求項１５または１６に記載のカラーフィルタアレイ。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイと、
当該カラーフィルタアレイの前記複数のカラーフィルタに対応する画素と、
を備える、固体撮像素子。
【請求項１９】
結像光学系と、
請求項１８に記載の固体撮像素子と、
を備える、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタアレイに関し、特に撮像装置に用いられる固体撮像素子に用いられるカラーフィルタアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子の各画素に、異なる中心周波数を有するカラーフィルタをアレイ状に並べ、被写体の画像情報と周波数情報（分光画像）を同時に取得するマルチバンドカメラ（マルチスペクトルカメラ）が提案されている。このようなマルチバンドカメラにおいて、取得する周波数の分解能を上げるためには、中心周波数のわずかに異なるカラーフィルタを多数並べる必要がある。しかし、カラーフィルタの種類を増やすほど、同一周波数特性の画像を取得する画素の間隔が拡がってしまい、空間分解能が劣化する。
【０００３】
そこで、各カラーフィルタの特性を可変にすることで、周波数分解能と空間分解能を同時に向上させる固体撮像素子が提案されている。このような可変カラーフィルタとしては、例えば特許文献１に開示されているものがある。
【０００４】
特許文献１に開示されている可変カラーフィルタは、微細な金属構造を周期的に配列し、表面プラズモンを利用して波長選択を行なうカラーフィルタである。このようなカラーフィルタにおいて、誘電体基板に強誘電体などの誘電率可変材料を使用し、電圧印加によって強誘電体の屈折率を変化させることで、フィルタ特性を可変にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、異なる中心周波数を有するカラーフィルタをアレイ状に並べ、分光画像取得用の固体撮像素子に使用する場合、カラーフィルタ毎に電圧印加のための回路を設ける必要がある。その結果、回路によって開口率が低下してカラーフィルタの透過率が低下し、回路形成のためのコストも増大するという課題が発生する。
【０００７】
上記の課題を考慮し、本発明は透過率が大きく、コストが低減可能なカラーフィルタアレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様は、カラーフィルタアレイであって、
金属構造と絶縁体とから構成され、中心周波数が異なる複数のカラーフィルタと、
前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第1の共通電極と、
前記第１の共通電極と対向し、前記複数のカラーフィルタと前記金属構造から前記絶縁体によって隔てられており、前記複数のカラーフィルタにまたがって形成された第２の共通電極と、
前記第１の共通電極および前記第２の共通電極の間に電圧を印加して、前記複数のカラーフィルタの中心周波数を同時に変化させる電圧印加部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、透過率が向上し、コストを低減可能なカラーフィルタアレイが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る撮像装置の構成図
【図２】実施例１に係る固体撮像素子の構成図
【図３】実施例１に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図４】実施例１に係るカラーフィルタの透過スペクトル
【図５】実施例２に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図６】実施例２に係るカラーフィルタの透過スペクトル
【図７】実施例２の変形例に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図８】実施例２の変形例に係るカラーフィルタの透過スペクトル
【図９】実施例２の更なる変形例に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図１０】実施例２の更なる変形例に係るカラーフィルタの透過スペクトル
【図１１】実施例３に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図１２】実施例３に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図１３】実施例３に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図１４】実施例３に係るカラーフィルタアレイの製造方法
【図１５】実施例４に係るカラーフィルタアレイの構成図
【図１６】実施例４に係るカラーフィルタの透過スペクトル
【図１７】実施例４に係る複数のカラーフィルタの中心周波数間隔
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を用いて、本発明の実施例におけるカラーフィルタアレイについて説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
［実施例１］
＜撮像装置（分光画像取得装置）＞
本実施例は、カラーフィルタを有する固体撮像素子を用いた撮像装置である。本発明に係る撮像装置１００の構成を図１に示す。図１において、撮像装置１００は、結像光学系１０１、固体撮像素子１０２、制御部１０３から構成される。固体撮像素子１０２は結像光学系１０１の光軸上に配置され、結像光学系１０１は固体撮像素子１０２上に被写体像を結像する。
【００１３】
固体撮像素子１０２は、透過させる光の周波数帯域を変更可能なカラーフィルタを備える。カラーフィルタはアレイ状に配置され、それぞれ異なる周波数帯域を透過させるので、撮像装置１００は、分解能良く周波数情報を取得できる。固体撮像素子１０２およびカラーフィルタアレイの詳細については後述する。
【００１４】
制御部１０３は、ＣＰＵやＤＳＰとプログラムを格納したメモリから構成され、被写体像の取得や、カラーフィルタの特性変化などの制御を行う。なお、制御部１０４はＡＳＩＣにより実装されても良い。制御部１０３は、カラーフィルタアレイへの印加電圧を変化させつつ画像信号を取得することにより、広い周波数帯域における分光情報を取得する。
【００１５】
＜固体撮像素子の構成＞
図２（ａ）は、固体撮像素子１０２の平面図であり、図２（ｂ）は固体撮像素子１０２の断面図である。固体撮像素子１０２は、２種類の画素１１０、１１１を有する。画素１１０と画素１１１は、カラーフィルタの透過周波数特性が異なり、すなわち検出する光の周波数帯域が異なる。各々の画素は、光の入射側より、マイクロレンズ１１２、カラーフ
ィルタ１２０または１２１、基板１１３を有している。マイクロレンズ１１２は、検出する周波数帯域で透明な材料であるＳｉＯ２などで形成されており、基板１１３は、検出する波長帯域で吸収を有するＳｉなどの材料で形成されている。そして、基板１１３内には、光電変換部１１４が形成されている。光電変換部１１４は、基板１１３に対してボロンなどのイオンを打ち込むことで形成する。また、画素１１０及び１１１には図示しない配線が設けられており、光電変換部で発生した電荷は配線によって信号処理回路に転送される。発生した電荷の転送方式は任意であってよい。すなわち、固体撮像素子１０３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device: 電荷結合素子）であってもよいし、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor: 相補型ＭＯＳ）であってもよい。
【００１６】
画素１１０、１１１は、中心周波数の異なるカラーフィルタ１２０、１２１を、マイクロレンズ１１２と基板１１３の間に有している。また、カラーフィルタ１２０、１２１にまたがる第一の共通電極１２３および第２の共通電極１２２が、カラーフィルタの上下方向（Ｚ方向）に対向して設けられている。共通電極１２２，１２３は、複数のカラーフィルタにまたがって形成されている。
【００１７】
共通電極１２２，１２３は、検出する波長帯域で透明な導電性材料であるＩＴＯ等によって形成すればよい。また、５０ｎｍ以下程度の金属薄膜によって形成しても良い。検出する波長帯域で不透明な金属材料であっても、膜厚が薄ければ、共通電極による光の吸収を抑えることができる。
【００１８】
固体撮像素子１０２はさらに、共通電極１２２および１２３に対して電圧を印加するための電圧印加回路（電圧印加部）１２４が接続されている。回路１２４の印加電圧によって各カラーフィルタ１２０、１２１の中心周波数を同時に変化させることができるようになっている。
【００１９】
カラーフィルタ１２０、１２１及び共通電極１２２、１２３、そして電圧印加回路１２４で形成された部分をカラーフィルタアレイ１２５と呼ぶ。カラーフィルタアレイ１２５側から見れば、カラーフィルタアレイ中のカラーフィルタ１２０、１２１は固体撮像素子の画素１１０、１１１に対応して配置されている。
【００２０】
画素１１０（と対応するカラーフィルタ１２０）と画素１１１（と対応するカラーフィルタ１２１）の配置は図２（ａ）に示すように互い違いに配置されていなくても良い。画素の配置は任意であって良い。但し、中心周波数の異なるカラーフィルタ１２０、１２１が隣接して配置されている方が、得られる分光画像の空間分解能が面内で均一になるため、好ましい。また、ここでは固体撮像素子１０２が２種類の画素を有するものとして説明しているが、固体撮像素子１０２が３種類以上の画素を有しても良い。
【００２１】
このように、本実施例では、中心周波数の異なる複数のカラーフィルタに対して共通の電極を用い、同時に中心周波数を変化させている。これにより、カラーフィルタ毎に電圧印加用の回路を用いた場合に比べ、電圧印加用の回路の数を少なくすることが出来るため、カラーフィルタアレイ１２５の透過率が向上し、コストが低減する。
【００２２】
＜カラーフィルタ＞
図３は、カラーフィルタ１２０、１２１内の金属構造を示した図である。図３（ａ）はカラーフィルタ１２０の平面図であり、図３（ｂ）はカラーフィルタ１２０の断面図である。図３（ｃ）はカラーフィルタ１２１の平面図であり、図３（ｄ）はカラーフィルタ１２１の断面図である。
【００２３】
カラーフィルタ１２０は、絶縁体膜１３２中に金属構造１３０が設けられた構造であり
、カラーフィルタ１２１は、絶縁体膜１３２中に金属構造１３１が設けられた構造である。金属構造１３０、１３１はその大きさに応じたプラズモン共鳴を生じるため、カラーフィルタ１２０、１２１の透過スペクトルは、プラズモン共鳴を生じる周波数に対して透過スペクトルのディップを有する。実施例１のように、カラーフィルタの透過スペクトルがディップを有する反射型のフィルタの場合、ディップの周波数をカラーフィルタの中心周波数と呼ぶ。
【００２４】
実施例１では、金属構造１３０の形状は、ＸＹ面内（共通電極１２２、１２３と平行な面）において一辺２０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造１３１の形状は、ＸＹ面内において一辺５０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造１３０、１３１はいずれも、正方格子状に周期的に配列される。その周期（金属構造の中心間の距離）は、金属構造１３０において４０ｎｍであり、金属構造１３１において１００ｎｍである。各金属構造は第１の共通電極１２３に接し、第２の共通電極１２２とは絶縁体膜１３２を介して５ｎｍ隔てられている。金属材料はＡｕであり、絶縁体材料はＨｆＯ２である。
【００２５】
但し、ここで示した構造は一例であり、本発明はこの構造に限定される訳ではない。分光画像情報を取得したい周波数帯域によって、金属構造のＸＹ面内の大きさ（面積）やＺ方向の厚み、周期を選択すれば良い。なお、一般に、ＸＹ面内における大きさ（面積）が大きいほど中心周波数が低くなる。金属構造は必ずしも周期的に配列されている必要はないが、周期的に配列されていた方が、各々の金属構造で生じるプラズモン共鳴同士が強めあうため、好ましい。周期を短くするほど、共鳴度合いは強くなり、スペクトルディップが急峻となる。金属構造は直方体でなくても良く、円柱や楕円柱、多角形柱などを用いても良い。
【００２６】
金属構造の材料としてはＡｕ以外にも、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ等を使用しても良い。但し、化学的な安定性からＡｕを用いることが好ましい。絶縁体膜１３２の材料としてはＨｆＯ２以外にも、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２等を使用しても良い。但し、ＨｆＯ２は、絶縁破壊電圧が大きく、高い電圧を印加することが可能であるため好ましい。
【００２７】
回路１２４によって共通電極１２２及び１２３を通じて電圧が印加されることにより、第２の共通電極１２２と金属構造の間に電位差が生じる。そのため、金属構造１３０、１３１の、絶縁体膜１３２側（＋Ｚ側）の表面近傍の電荷密度が変化する。金属構造１３０、１３１の金属表面層１４０、１４１の誘電率が変化してプラズモン共鳴の状態が変化することで、カラーフィルタ１２０、１２１の中心周波数が変化する。
【００２８】
このように、本発明では電圧印加によって金属表面層の電荷密度変化を生じさせ、電荷密度変化によって生じる誘電率変化を用いてカラーフィルタの中心周波数を可変としている。
【００２９】
＜透過スペクトル＞
図４（ａ）（ｂ）は、それぞれカラーフィルタ１２０および１２１の透過スペクトルを示したものである。実線４０１、４１１は、共通電極間に電圧を印加しなかったときの透過スペクトルである。破線４０２、４１２は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して＋１２Ｖの電圧（＋２．４Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルである。点線４０３、４１３は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して−１２Ｖの電圧（−２．４Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルを示す。
【００３０】
印加する電圧を＋１２Ｖから−１２Ｖに変えることで、カラーフィルタ１２０の透過ス
ペクトルのディップは周波数０．３９３ＰＨｚ〜周波数０．４３６ＰＨｚまで変化する。一方、カラーフィルタ１２１の透過スペクトルのディップは周波数０．２８２ＰＨｚ〜周波数０．３１２ＰＨｚまで変化する。なお、ＰＨｚはペタヘルツ（１０１５Ｈｚ）である。
【００３１】
＜本実施例の効果＞
このように、金属構造１３０と金属構造１３１のＸＹ面内での大きさ（面積）は異なっているため、カラーフィルタアレイ１２５は異なる周波数の分光情報を同時に取得することができる。具体的には、カラーフィルタアレイ１２５において、単一の回路１２４により共通電極１２２、１２３間に印加する電圧を変えつつ、画像情報を取得すればよい。その結果、周波数０．２８２ＰＨｚ〜周波数０．３１２ＰＨｚおよび、周波数０．３９３ＰＨｚ〜周波数０．４３６ＰＨｚの分光画像情報を同時に取得することができる。
【００３２】
特許文献１に開示されている従来のカラーフィルタアレイは、各々のカラーフィルタに対して電圧を印加するための回路を独立に設けていたため、カラーフィルタの数だけ回路が必要であった。それに対し、本実施例にかかるカラーフィルタアレイは、単一の回路によって、複数の中心周波数の異なるカラーフィルタの中心周波数を同時に変えることができるため、従来に比べて透過率の向上、コスト低減が実現できる。
【００３３】
＜分光情報の取得方法＞
実施例１に示すカラーフィルタ１２０及びカラーフィルタ１２１は透過率にディップを有するフィルタであるため、得られる分光情報は、全周波数の分光情報から特定の周波数の分光情報が抜けたものになる。逆に、特定の周波数の分光情報のみを得たい場合には、全周波数の分光画像信号を加算した値から、特定の周波数の分光画像信号の値を減算して求めればよい。また、カラーフィルタを設けない画素を設けておき、その画素で取得した全周波数成分の分光画像信号から、カラーフィルタを設けた画素で取得した分光画像信号を減算して求めても良い。
【００３４】
＜カラーフィルタの製造方法＞
カラーフィルタを構成する金属構造は、フォトリソグラフィやＥＢリソグラフィなどで、金属構造の平面視の反転パターンをレジストで作成し、ＥＢ蒸着やスパッタ等によって金属を成膜した後、リフトオフを行うことで製造できる。または、先に金属構造を形成する金属薄膜を成膜してから、リソグラフィによって金属構造の平面視パターンをレジストで形成し、ドライエッチイングによって製造しても良い。
【００３５】
［実施例２］
本実施例は、実施例１と比較して固体撮像素子におけるカラーフィルタアレイの構成が異なる。実施例に係るカラーフィルタアレイ２２５を構成するカラーフィルタの透過スペクトルは二つのディップを有する。すなわち、各カラーフィルタは、２つのディップの中間にピークを有する透過型のカラーフィルタである。カラーフィルタアレイは、このような複数の透過型のカラーフィルタから構成されているものである。
【００３６】
実施例２のように、透過スペクトルがディップの中間にピークを有する透過型のフィルタ（図６参照）の場合、ピークの周波数をカラーフィルタの中心周波数と呼ぶ。カラーフィルタアレイ２２５は、実施例１に示すカラーフィルタアレイ１２５に対し、カラーフィルタを構成する金属構造のみが異なる。
【００３７】
＜カラーフィルタ＞
図５は、カラーフィルタアレイ２２５を構成するカラーフィルタ２２０、２２１内の金属構造を示した図である。図５（ａ）はカラーフィルタ２２０の平面図であり、図３（ｂ
）はカラーフィルタ２２０の断面図である。図５（ｃ）はカラーフィルタ２２１の平面図であり、図５（ｄ）はカラーフィルタ２２１の断面図である。
【００３８】
カラーフィルタ２２０は、ＸＹ面内の大きさが異なる複数種類の金属構造２３０、２３１から構成されており、カラーフィルタ２２１は、ＸＹ面内の大きさが異なる複数種類の金属構造２３２、２３３から構成されている。金属構造２３０、２３１、２３２、２３３は、その大きさに応じたプラズモン共鳴を生じさせる。したがって、カラーフィルタ２２０は、金属構造２３０、２３１によって生じるプラズモン共鳴周波数に対応する２つの透過スペクトルのディップを有する。同様に、カラーフィルタ２２１は、金属構造２３２、２３３のプラズモン共鳴周波数に対応する２つの透過スペクトルのディップを有する。そのため、カラーフィルタ２２０及び２２１の透過スペクトルは、２つの共鳴ディップの中間にピークを有する透過スペクトルとなる。
【００３９】
金属構造２３０の形状は、ＸＹ面内において一辺２０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造２３１の形状は、ＸＹ面内において一辺２５ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。また、金属構造２３２の形状は、ＸＹ面内において一辺４０ｎｍの正方形であり、厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造２３３の形状は、ＸＹ面内において一辺５０ｎｍの正方形であり、厚みが５ｎｍの直方体である。カラーフィルタ２２０において、金属構造２３０および２３１は、互い違いに正方格子状に周期的に配置される。同様に、カラーフィルタ２２１において金属構造２３２および２３２は、互い違いに正方格子状に周期的に配置される。また、金属構造２３０及び金属構造２３１の周期（隣接する金属構造の中心間距離）は４０ｎｍであり、金属構造２３２及び金属構造２３３の周期は８０ｎｍである。各金属構造は第１の共通電極１２３に接し、第２の共通電極１２２とは絶縁体膜１３２を介して５ｎｍ隔てられている。金属材料はＡｕ、絶縁体膜の材料はＨｆＯ２である。
【００４０】
但し、実施例１と同様、この構造に限るものではなく、分光情報を取得したい波長帯域によって、金属構造の大きさや厚み、周期、金属材料および絶縁体材料を選択すれば良い。また、金属構造２３０（２３２）と金属構造２３１（２３３）は互い違いに配列されているが、必ずしもこの配列でなくとも良い。但し、金属構造の配置が偏らないように配列した方が、カラーフィルタ全域にわたって透過スペクトルが均一になるため、好ましい。
【００４１】
＜透過スペクトル＞
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれカラーフィルタ２２０及びカラーフィルタ２２１の透過スペクトルを示す図である。実線６０１、６１１は、共通電極に電圧を印加しなかったときの透過スペクトルである。破線６０２、６１２は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して＋１２Ｖの電圧（＋２．４Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルである。点線６０３、６１３は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して−４Ｖの電圧（−０．８Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルを示す。
【００４２】
印加する電圧を＋１２Ｖから−４Ｖに変えることで、カラーフィルタ２２０の透過スペクトルのピークは周波数０．４０４ＰＨｚ〜周波数０．４２２ＰＨｚまで変化する。一方、カラーフィルタ２２１の透過スペクトルのピークは周波数０．３１８Ｈｚ〜周波数０．３３１Ｈｚまで変化する。従って、カラーフィルタアレイ２２５は、単一の回路を用いて、周波数０．３１８Ｈｚ〜周波数０．３３１Ｈｚ及び、周波数０．４０４ＰＨｚ〜周波数０．４２２ＰＨｚの分光情報を同時に取得できる。具体的には、実施例１と同様に、単一の回路１２４により共通電極１２２、１２３間に印加する電圧を変えつつ画像情報を取得すればよい。
【００４３】
実施例２に示すカラーフィルタアレイ２２５は透過率がピークを有するカラーフィルタ
を用いているため、実施例１に示すカラーフィルタアレイ１２５とは異なり、減算処理を行わずに特定の周波数の分光情報を取得できる。
【００４４】
なお、実施例２のように透過率がピークを有するカラーフィルタを用いる場合、顔料などによって形成される吸収フィルタを組み合わせて、各々のカラーフィルタ透過帯域を制限した方が好ましい。以下で理由を説明する。
【００４５】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、カラーフィルタ２２０および２２１は、透過スペクトルのピーク付近（０．４２ＰＨｚ付近および０．３２ＰＨｚ付近）の周波数の光だけでなく、透過スペクトルのディップの外側の周波数の光も透過してしまう。その結果、カラーフィルタ２２０及び２２１で取得した分光情報に、別の周波数の分光情報が重なり、分光情報の質が低下してしまう。金属構造からなるカラーフィルタに加えて、透過帯域を制限する吸収フィルタを備えるカラーフィルタアレイを用いることで、分光情報の質が向上するため、好ましい。例えば、カラーフィルタ２２０では図６（ｃ）のように透過帯域を０．３９３ＰＨｚ〜０．４３０ＰＨｚに制限し、カラーフィルタ２２１では図６（ｄ）のように透過帯域を０．３０７ＰＨｚ〜０．３３７ＰＨｚに制限するのが好ましい。
【００４６】
＜金属構造の数密度＞
また、カラーフィルタが大きさの異なる金属構造から形成されている場合、面内方向（ＸＹ方向）の大きさが小さい金属構造の数密度の方が、面内方向（ＸＹ方向）の大きさが大きい金属構造の数密度よりも大きいことが好ましい。なぜなら、異なる大きさの金属構造を同一の数密度で並べた場合、大きい金属構造の方が強い共鳴を生じるため、共鳴ディップの中間に生じるスペクトルのピーク形状の非対称性が増すためである。透過スペクトルの非対称性が大きいと、分光情報の質の低下を招いてしまう。特に、複数の金属構造の大きさに差があるほど、透過スペクトルは非対称になる。
【００４７】
面内方向の大きさが小さい金属構造の密度を、面内方向の大きさが大きい金属構造よりも大きくした例を示す。図７（ａ）に示すカラーフィルタ２２２は、金属構造２３４と金属構造２３５からなっており、金属構造２３４はＸＹ方向の大きさが一辺２０ｎｍ、金属構造２３５はＸＹ方向の大きさが一辺６０ｎｍであり、厚みは共に５ｎｍである。そして、金属構造２３４の数密度が、金属構造２３５の数密度の１２倍になるように配置されている。図７（ｂ）には比較のため、金属構造２３４と金属構造２３５の数密度が等しいカラーフィルタ２２３を示した。いずれも、金属材料はＡｕ、絶縁体膜の材料はＨｆＯ２である。
【００４８】
図８に、カラーフィルタ２２２、２２３の透過スペクトルを示す。実線８０１はカラーフィルタ２２２の透過スペクトルであり、点線８０２はカラーフィルタ（比較例）２２３の透過スペクトルである。図８よりわかるように、金属構造の数密度が等しいカラーフィルタ２２３では、金属構造２３４の共鳴によって生じる高周波数側のディップが、金属構造２３５の共鳴によって生じる低周波数側のディップに比べて弱い。そのため、透過スペクトルの形状が非対称になっている。一方、面内大きさが小さい金属構造２３４の数密度を、面内大きさが大きい金属構造２３５の数密度よりも大きくしたカラーフィルタ２２２では、透過スペクトルの形状の対称性が向上している。これは、相対的に共鳴が弱い金属構造２３４の密度を、相対的に共鳴が強い金属構造２３５の数密度よりも高くすることで、高周波数側の共鳴ディップを、低周波数側の共鳴ディップと同程度まで強くしたためである。その結果、透過スペクトルの対称性が向上し、分光情報の質が向上する。この時、金属構造の面内大きさ（面積）と金属構造の数密度の積が等しくなるようにすると、透過スペクトルの形状が対称に近付くため、更に好ましい。
【００４９】
＜ホール型＞
なお、図５に示すカラーフィルタ２２０、２２１では、大きさが異なる直方体の二つの異なる金属構造を絶縁膜内に設けることによって透過スペクトルがピークを持つカラーフィルタを実現している。しかしながら、カラーフィルタの金属構造は、金属膜から一部が抜けている構造であってもよい。この構成をホール型と称する。図９（ａ）（ｃ）は、それぞれホール型のカラーフィルタ２２６、２２７の平面図であり、図９（ｂ）（ｄ）はその断面図である。図９において、網掛けして示した部分（２３８）が金属膜であり、白抜き部分（２３６、２３７）が空孔である。図９に示すカラーフィルタ２２６、２２７は、金属膜２３８中に離散的な空孔２３６、２３７を設け、空孔を絶縁体１３２で充填した構造である。空孔２３６の形状はＸＹ面内において一辺２０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。空孔２３７の形状はＸＹ面内において一辺１５ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。空孔２３６は周期４０ｎｍで、空孔２３７は周期３０ｎｍで周期的にＸＹ方向に配列されている。金属膜２３８は第１の共通電極１２３に接し、第２の共通電極１２２とは絶縁体膜１３２を介して５ｎｍ隔てられている。金属材料はＡｕであり、絶縁体材料はＨｆＯ２である。
【００５０】
図１０（ａ）（ｂ）はそれぞれ、カラーフィルタ２２６及びカラーフィルタ２２７の透過スペクトルである。実線１００１、１０１１は、共通電極に電圧を印加しなかったときの透過スペクトルである。破線１００２、１０１２は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して＋４Ｖの電圧（＋０．８Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルである。点線１００３、１０１３は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して−４Ｖの電圧（−０．８Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルを示す。
【００５１】
印加する電圧を＋４Ｖから−４Ｖに変えることで、カラーフィルタ２２６の透過スペクトルのピークは周波数０．５５７ＰＨｚ〜周波数０．５９２ＰＨｚまで変化する。一方、カラーフィルタ２２７の透過スペクトルのピークは周波数０．５８９Ｈｚ〜周波数０．６３７Ｈｚまで変化する。従って、図１０に示すカラーフィルタアレイは、単一の回路を用いて、周波数０．５５７ＰＨｚ〜〜周波数０．６３７ＰＨｚの分光情報を取得できる。
【００５２】
［実施例３］
本実施例は、実施例１、２と比較して固体撮像素子におけるカラーフィルタアレイの構成が異なる。実施例３に係るカラーフィルタアレイは、必要な分光情報の周波数分解能に応じて、各々のカラーフィルタの構造を変更（調整）したものである。
【００５３】
撮像装置は、その用途に応じて、必要な周波数分解能が決まる。幅広い用途に使用する一般的な撮像装置の場合、広帯域な周波数範囲において、必要な周波数分解能は均一である。一方、医療用などの撮像装置で特定の周波数情報が重要となる場合、必要な周波数分解能は周波数帯域によって異なる。
【００５４】
本実施例にかかるカラーフィルタアレイ中の複数のカラーフィルタには共通電極によって同一の電圧が印加される。従って、特許文献１のように、カラーフィルタ毎に印加電圧を変えることで、必要な周波数分解能を得られるようにすることができない。本実施例におけるカラーフィルタアレイでは、複数のカラーフィルタ間において、電圧に対する中心周波数シフト量の敏感度（ΔＦｃ／ΔＶ）を変えることで、必要な周波数分解能（ΔＦ）に応じたカラーフィルタアレイ３２５が実現している。
【００５５】
具体的には、必要な周波数分解能ΔＦが細かいカラーフィルタほど、電圧に対する中心周波数シフトの敏感度（ΔＦｃ／ΔＶ）が小さくなるような構造とすればよい。中心周波数とは、実施例１のように透過スペクトルがディップを有するカラーフィルタを用いる場合にはディップの周波数を指す。一方、実施例２のように透過スペクトルがピークを有するカラーフィルタを用いる場合にはピークの周波数を指す。また、電圧に対する中心周波
数シフト敏感度とは、一定電圧を加えたときのカラーフィルタの中心周波数のシフト量である。
【００５６】
＜敏感度の制御方法＞
以下で、電圧に対する敏感度を制御する方法について説明する。共通電極間に電圧ΔＶを印加した際、電圧変化ΔＶに応じた電荷密度変化ΔＱが金属構造表面に誘起される。そして、その電荷密度変化ΔＱに応じて、中心周波数ＦｃのシフトΔＦｃが生じる。従って、電圧に対する敏感度ΔＦｃ／ΔＶの値を制御するには、ΔＱ／ΔＶを制御するか、ΔＦｃ／ΔＱを制御すればよい。
【００５７】
（１．金属層の膜厚）
まず、ΔＦｃ／ΔＱを制御する方法について説明する。表１は、金属表面層の誘電率変化が等しい場合（即ち、電荷密度変化が等しい場合）の、ΔＦｃ／Ｆｃの金属構造の厚みに対する依存性を示したものである。表１では、電圧＋１２Ｖ印加時と電圧−１２Ｖ印加時の中心周波数のシフト量をΔＦｃとした（即ち、ΔＶは２４Ｖである）。表１よりわかるように、金属構造の面内方向の大きさや周期によらず、金属構造の厚みが厚いほど、ΔＦｃ／Ｆｃは大きくなる。
【表１】
2015022279.tif 000003
【００５８】
これは、金属構造の厚みによらず金属表面層の厚さはほぼ一定であり、金属構造全体に対する金属表面層の体積充填率は、金属構造の厚みが厚いほど小さいためである。金属構造の厚みが厚いほど、金属表面層の誘電率変化が金属構造全体の誘電率変化に与える影響が小さい。そのため、金属構造の厚みが厚いほどカラーフィルタの中心周波数シフトは小さくなり、ΔＦｃ／Ｆｃが小さくなっている。表１より、ΔＦｃ／Ｆｃは、金属構造の厚みｈにほぼ反比例する（ΔＦｃ／Ｆｃ〜１／ｈ）ことが分かる。金属構造の厚みをＸＹ方向長さで除した値が大きくなるにつれて反比例から外れてくるが、これは金属構造の側面の影響が無視できなくなるためである。
【００５９】
以上から、所定の電荷密度変化ΔＱが誘起された場合の、中心周波数のシフト量ΔＦｃは、中心周波数Ｆｃに比例し、金属構造の厚みｈにほぼ反比例することが分かる（ΔＦｃ／ΔＱ〜Ｆｃ／ｈ）。したがって、必要な周波数分解能ΔＦを得るためには、カラーフィルタの中心周波数Ｆｃと金属構造の厚みｈとの比をΔＦに応じて制御すればよい。例えば、同一の周波数分解能を得るためには、中心周波数の高いカラーフィルタほど、金属構造の厚みを厚くすればよい。
【００６０】
また、以上で述べた理由により、金属構造の厚みｈが薄いほど、同一の電圧を印加した際のカラーフィルタの中心周波数シフト（ΔＦｃ／ΔＶ）が大きいため、好ましい。金属構造に電圧を印加した際に形成される金属表面層の厚みは０．５ｎｍ程度であるため、金属構造の厚みは２０ｎｍ以下であると好ましい。一方、金属構造の厚みが薄すぎると製造が困難になる。そのため、金属構造の厚みは１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であると好ましい。
【００６１】
（２．静電容量）
次に、ΔＱ／ΔＶを制御する方法について説明する。共通電極間に電圧ΔＶを印加した場合、金属表面層に誘起される電荷密度変化ΔＱは、金属構造と第２の共通電極間に形成されるキャパシタの静電容量Ｃと、ΔＶの積によって決定される（ΔＱ〜Ｃ×ΔＶ）。静電容量Ｃは、絶縁体の誘電率εに比例し、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄに反比例するため、ΔＱ／ΔＶは誘電率εに比例し距離ｄに反比例する（ΔＱ／ΔＶ〜ε／ｄ）。したがって、ΔＱ／ΔＶを小さくするためには、Ｃを小さくする、すなわち、絶縁体の誘電率εを小さくするか、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄを離せばよい。
【００６２】
所定の電荷密度変化ΔＱが誘起された場合の、中心周波数のシフト量ΔＦｃは、中心周波数Ｆｃに比例する（ΔＦｃ／ΔＱ〜Ｆｃ）。したがって、単位電圧を印加した場合の中心周波数のシフト量ΔＦｃ／ΔＶは、絶縁体の誘電率εに比例し、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄに反比例する（ΔＦｃ／ΔＶ〜（ΔＦｃ／ΔＱ）×（ΔＱ／ΔＶ）〜（Ｆｃ／ｈ）×（ε／ｄ））。金属構造の厚みｈを一定とした場合は、必要な周波数分解能ΔＦを得るためには、カラーフィルタの中心周波数Ｆｃと絶縁体の誘電率εと金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄを、ΔＦに応じて制御すればよい。例えば、絶縁体の誘電率εのみによって制御するのであれば、必要な周波数分解能ΔＦをカラーフィルタの中心周波数Ｆｃで除した値が小さいほど、絶縁体の誘電率εを小さくすればよい。あるいは、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄのみによって制御するのであれば、必要な周波数分解能ΔＦをカラーフィルタの中心周波数Ｆｃで除した値が小さいほど、距離ｄを大きくすればよい。
【００６３】
また、以上で述べた理由により、金属構造と第２の共通電極の間の距離が小さいほど同一の電圧を印加した際のカラーフィルタの中心周波数シフトが大きいため、好ましい。一方、金属構造と第２の共通電極の間の距離が小さすぎると製造が困難になる。そのため、金属構造と第２の共通電極の間の距離は１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６４】
以上で述べたように、必要な周波数分解能ΔＦが細かいカラーフィルタを中心周波数Ｆｃで除した値が小さいほど、金属構造の厚みｈを薄くするか、絶縁体の誘電率εを小さくするか、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄを大きくすればよい。なお、これら３つの条件のうちの２つ以上を組み合わせて変更してもよい。上述のように、ΔＦｃ／ΔＶ〜（Ｆｃ／ｈ）×（ε／ｄ）なので、必要な周波数分解能ΔＦに応じて、（Ｆｃ／ｈ）×（ε／ｄ）の値を適宜調整すればよい。このように、必要な周波数分解能に応じて、電圧に対する敏感度ΔＦｃ／ΔＶを制御することで、分光情報の質が向上する。
【００６５】
＜Ａ．周波数分解能一定の場合＞
以下で、具体例を示す。まず、必要な周波数分解能ΔＦが、周波数によらず一定の場合を示す。電圧に対する中心周波数シフトの敏感度（ΔＦｃ／ΔＶ）を一定とするためには、具体的には、中心周波数Ｆｃが大きいカラーフィルタほど、金属構造の厚みを薄くするか、絶縁体の誘電率を小さくするか、金属構造と第２の共通電極の間の距離を大きくすればよい。全てのカラーフィルタにおいて、中心周波数Ｆｃと、ｈ×ｄ／εとの比を一定とすれば、単位電圧あたりの中心周波数のシフト量を同一にすることができる。
【００６６】
（Ａ−１．金属構造の厚みで制御）
図１１は、金属構造の厚みｈを変えたカラーフィルタアレイ３０１の例を示す。図１１（ａ）はカラーフィルタアレイ３０１の平面図であり、図１１（ｂ）は断面図である。カラーフィルタ３２０を構成する金属構造３３０の形状は、ＸＹ面内において一辺２０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが１０ｎｍの直方体である。金属構造３３０は、周期４０ｎｍで正方格子状に配置されている。また、カラーフィルタ３２１を構成する金属構造３３１の形状は、ＸＹ面内において一辺６５ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造３３１は、周期１３０ｎｍで正方格子状に配置されている。各金属構造は第１の共通電極１２３に接し、第２の共通電極１２２とは絶縁体膜１３２を介して５ｎｍ隔てられている。金属材料はＡｕであり、絶縁体材料はＨｆＯ２である。
【００６７】
表２には、電圧＋１２Ｖと電圧−１２Ｖを印加した際のカラーフィルタ３２０、カラーフィルタ３２１の中心周波数シフトを示した。なお、比較のため、金属構造３３０とＸＹ面内の形状が等しく、厚みが金属構造３３１と等しい金属構造を用いた比較例の中心周波数シフトも示してある。表２より分かるように、比較例の中心周波数シフトは０．０４３ＰＨｚであるのに対し、カラーフィルタ３２０、３２１の中心周波数シフトは共に０．０２７ＰＨｚである。このように、中心周波数が大きいカラーフィルタの金属構造ほど膜厚を厚くすることにより、カラーフィルタの中心周波数によらず、同一の周波数分解能が実現できている。
【表２】
2015022279.tif 000004
【００６８】
なお、金属構造のＸＹ面内での大きさが小さいほど、カラーフィルタの中心周波数は大きくなる。したがって、中心周波数が大きいカラーフィルタの金属構造の膜厚を大きくするということは、ＸＹ面内での大きさが小さい金属構造ほど、その厚みを大きくすることと同等である。
【００６９】
（Ａ−２．金属構造と第２の電極の間の距離で制御）
図１２は、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄを変えたカラーフィルタアレイ３０２の例を示す。図１２（ａ）はカラーフィルタアレイ３０２の平面図であり、図１２（ｂ）は断面図である。カラーフィルタ３２２、３２３を構成する金属構造３３２、３３３のＸＹ方向の構造は、図１１と同じである。但し、金属構造３３２及び３３３のＺ方向の厚みは５ｎｍで等しく、金属構造３３２と第２の共通電極１２２間の距離は８ｎｍ、金属構造３３３と第２の共通電極１２２間の距離は５ｎｍである。すなわち、カラーフィルタ３２２とカラーフィルタ３２３は、Ｆｃ／ｄの値がほぼ同一に構成される。
【００７０】
表３には、電圧＋１２Ｖと電圧−１２Ｖを印加した際のカラーフィルタ３２２、カラーフィルタ３２３の中心周波数シフトを示した。なお、比較のため、金属構造３３０と共通電極１２２間の距離が５ｎｍの場合の比較例の中心周波数シフトも示してある。比較例のＦｃ／ｄの値は、カラーフィルタ３２２，３２３よりも大きく設定されている。表３より分かるように、比較例の中心周波数シフトは０．０４３ＰＨｚであるのに対し、カラーフィルタ３２２、３２３の中心周波数シフトは共に０．０２７ＰＨｚである。このように、中心周波数が大きいカラーフィルタほど、金属構造と第２の共通電極の間の距離を大きく
することにより、カラーフィルタの中心周波数によらず、同一の周波数分解能が実現できている。
【表３】
2015022279.tif 000005
【００７１】
なお、金属構造のＸＹ面内での大きさが小さいほど、カラーフィルタの中心周波数は大きくなる。したがって、中心周波数が大きいカラーフィルタほど金属構造と第２の共通電極の間の距離を大きくするということは、金属構造のＸＹ面内での大きさが小さいカラーフィルタほど、金属構造と第２の電極との距離を大きくすることと同等である。
【００７２】
（Ａ−３．絶縁体の誘電率で制御）
また、前述したように、カラーフィルタ３２０中の絶縁体と、カラーフィルタ３２１中の絶縁体の誘電率を変えても良い。即ち、中心周波数が大きいカラーフィルタほど、カラーフィルタを構成する絶縁体の誘電率を小さくすればよい。例えばカラーフィルタ３２０ではＳｉＯ２を使用し、カラーフィルタ３２１ではＨｆＯ２を使用すればよい。
【００７３】
なお、金属構造のＸＹ面内での大きさが小さいほど、カラーフィルタの中心周波数は大きくなる。したがって、中心周波数が大きいカラーフィルタの絶縁体の誘電率を小さくするということは、金属構造のＸＹ面内での大きさが小さいカラーフィルタほど、絶縁体の誘電率を小さくすることと同等である。
【００７４】
＜Ｂ．周波数分解能が異なる場合＞
次に、必要な周波数分解能が、周波数によって異なる場合を示す。分光情報を取得する目的に応じて、周波数帯に応じて必要な周波数分解能が異なる場合がある。例えば、所定の周波数範囲ではより細かい周波数分解能が要求されるのに対し、それ以外の周波数範囲ではより粗い周波数分解能で十分な場合がある。以下では、必要な周波数分解能が、周波数０．５４ＰＨｚ付近で細かい場合を示す。周波数０．５４ＰＨｚ付近は、ポルフィリンとコラーゲンの特徴的な吸収ピークがある周波数帯域であり、医療用の撮像装置（分光画像取得装置）等で必要とされる。
【００７５】
上述のように、単位電圧あたりの中心周波数のシフト量ΔＦｃ／ΔＶは、中心周波数Ｆｃ、金属構造の厚みｈ、絶縁体層の誘電率ε、金属構造と第2の電極の間の距離ｄに基づ
いて、ΔＦｃ／ΔＶ〜（Ｆｃ／ｈ）×（ε／ｄ）となる。そこで、より細かい周波数分解能が要求される周波数範囲内（ここでは、０．５４ＰＨｚ付近）に中心周波数があるカラーフィルタは、それ以外のカラーフィルタと比較して、（Ｆｃ／ｈ）×（ε／ｄ）の値が小さくなるように構成される。具体的には、中心周波数Ｆｃと比較して、金属構造の厚みｈを大きく（厚く）するか、絶縁体の誘電率εを小さくするか、金属構造と第２の共通電極の間の距離ｄを大きくすればよい。このようにすれば、中心周波数が所定の範囲内にあるカラーフィルタの単位電圧あたりの中心周波数のシフト量を、それ以外のカラーフィルタと比較して、小さくすることができる。
【００７６】
図１３は、金属構造の厚みｈを変えたカラーフィルタアレイ３０３の例である。図１３
（ａ）はカラーフィルタアレイ３０３の平面図であり、図１３（ｂ）は断面図である。カラーフィルタ３２６、３２７を構成する金属構造３３６、３３７のＸＹ方向の構造は、図１１と同じである。但し、金属構造３３６のＺ方向の厚みは２０ｎｍ、金属構造３３７のＺ方向の厚みは５ｎｍである。すなわち、カラーフィルタ３２６の方が、カラーフィルタ３２７よりも、Ｆｃ／ｈが小さくなるように構成されている。
【００７７】
表４に、カラーフィルタ３２６、３２７に、電圧＋１２Ｖと電圧−１２Ｖを印加した際の、中心周波数シフトを示す。表４より、中心周波数が０．５４ＰＨｚ付近であるカラーフィルタ３２６において、カラーフィルタ３２７よりも細かい周波数分解能が得られていることが分かる。図１３には、金属構造の厚みを変えた例を示したが、前述したように、絶縁体の誘電率や金属構造と第２の共通電極の間の距離を変えて制御しても良い。具体的には、中心周波数が０．５４ＰＨｚ付近であるカラーフィルタほど、絶縁体の誘電率を小さくするか、金属構造と第２の共通電極の間の距離を大きくすればよい。
【表４】
2015022279.tif 000006
【００７８】
このように必要な周波数分解能が周波数によって異なる場合でも、必要な周波数分解能に応じて、電圧に対する中心周波数シフトの敏感度を制御することで、分光情報の質を向上させることができる。
【００７９】
なお、周波数分解能（単位電圧あたりの中心周波数のシフト量）を細かく設定する範囲（所定の範囲）は、１つの連続区間である必要は無く、互いに分離した２つ以上の区間であっても構わない。また、これら複数の区間について周波数分解能を同一とする必要は無く、異なる周波数分解能となるようにしてもよい。
【００８０】
＜本実施例の効果＞
特許文献１に開示されている従来のカラーフィルタアレイにおいては、各々のカラーフィルタに対して設けられた回路に対し、印加電圧を独立に制御して、各々のカラーフィルタの周波数分解能を制御していた。本実施例では、中心周波数が異なる複数のカラーフィルタの中心周波数を、単一回路によって制御している。そのため、従来のカラーフィルタアレイと同一の手法では、周波数分解能の制御が困難である。本実施例のように、カラーフィルタの構造を周波数分解能に応じて変更すれば、単一回路を使用しつつ、周波数分解能が制御できるため、実施例１、２よりも更に好ましいカラーフィルタアレイが実現できる。
【００８１】
＜カラーフィルタの製造方法＞
実施例３に示すカラーフィルタアレイのように、金属構造や、金属構造と第２の共通電極の間の距離を、カラーフィルタ毎に変えるには、カラーフィルタ毎にリソグラフィと金属や絶縁体の成膜を行えばよい。
【００８２】
具体的には、以下のような手順で製造できる。例として、図１１に示すカラーフィルタアレイ３０１を製造する手順を、図１４を参照しつつ説明する。まず、共通電極１２３上で、カラーフィルタ３２１を形成する部分を犠牲層３６０で覆う（図１４（ａ））。次に、カラーフィルタ３２０を、リソグラフィとリフトオフまたはエッチングにより作製する（図１４（ｂ）。）続いて、犠牲層３６０をウェットエッチング等によって除去する（図
１４（ｃ））。その後、カラーフィルタ３２０を再度犠牲層で覆い、カラーフィルタ３２１を同様の手順で作製する（図１４（ｄ））。最後に、共通電極１２２を成膜し、回路１２４に接続することでカラーフィルタアレイ３０１が完成する（図１４（ｅ））。
【００８３】
［実施例４］
本実施例は、実施例１−３と比較して固体撮像素子におけるカラーフィルタアレイの構成が異なる。実施例４に係るカラーフィルタアレイ４２５は、各カラーフィルタが取得する分光情報の周波数帯域の間の、漏れや重なりをなくしたものである。漏れや重なりをなくすことで、効率良く分光情報が取得できるため、好ましい。
【００８４】
図１５は、実施例４に係るカラーフィルタアレイ４２５中のカラーフィルタ４２０、４２１の構造を示した図である。図１５（ａ）はカラーフィルタアレイ４２５の平面図であり、図１５（ｂ）はカラーフィルタアレイ４２５の断面図である。カラーフィルタ４２０を構成する金属構造４３０の形状は、ＸＹ面内において一辺２０ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造４３０は周期４０ｎｍで正方格子状に配列されている。また、カラーフィルタ４２１を構成する金属構造４３１の形状は、ＸＹ面内において一辺２５ｎｍの正方形であり、Ｚ方向の厚みが５ｎｍの直方体である。金属構造４３１は周期５０ｎｍで正方格子状に配列されている。各金属構造は第１の共通電極１２３に接し、第２の共通電極１２２とは絶縁体膜１３２を介して５ｎｍ隔てられている。金属材料はＡｕであり、絶縁体材料はＨｆＯ２である。
【００８５】
図１６（ａ）（ｂ）は、それぞれカラーフィルタ４２０及びカラーフィルタ４２１の透過スペクトルを示した図である。実線１６０１，１６１１は、共通電極に電圧を印加しなかったときの透過スペクトルである。破線１６０２，１６１２は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して＋１２Ｖの電圧（＋２．４Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルである。点線１６０３，１６１３は共通電極１２３に、共通電極１２２に対して−１２Ｖの電圧（−２．４Ｖ／ｎｍの電界に相当）を印加した時の透過スペクトルを示す。
【００８６】
印加する電圧を＋１２Ｖから−１２Ｖに変えることで、カラーフィルタ４２０は周波数０．３９３ＰＨｚ〜周波数０．４３６ＰＨｚの分光情報を取得でき、カラーフィルタ４２１は周波数０．３６０ＰＨｚ〜周波数０．３９３Ｈｚの範囲の分光情報が取得できる。従って、カラーフィルタアレイ１２５は、単一の回路１２４により共通電極１２２、１２３に電圧を印加することで、周波数０．３６０ＰＨｚ〜周波数０．４３６ＰＨｚの範囲の分光情報を漏れ、重なりなく取得することができる。
【００８７】
＜中心周波数と周波数間隔の関係＞
特に、金属構造の厚み、金属構造と第２の共通電極の間の距離、絶縁体の誘電率が全て等しいカラーフィルタからなるカラーフィルタアレイを考える。すなわち、それぞれのカラーフィルタにおいて金属構造のＸＹ面内での大きさが異なるカラーフィルタを考える。このようなカラーフィルタアレイは、カラーフィルタ毎にリソグラフィと成膜を行う必要が無いため製造が容易になり、好ましい。
【００８８】
この時、表１に示したように、電圧に対する中心周波数シフトの敏感度ΔＦｃをカラーフィルタの中心周波数Ｆｃで除した値はカラーフィルタの中心周波数によらず、等しい。従って、カラーフィルタの中心周波数が大きいほど、広い周波数帯域で分光情報を取得することができる。そのため、中心周波数が大きいカラーフィルタほど、そのカラーフィルタから最も近い中心周波数を有するカラーフィルタの中心周波数との間の周波数間隔を、広くすることが好ましい。図１７は、４つの異なる中心周波数１７０１〜１７０４の透過スペクトルを表す図である。周波数間隔１７１１は、中心周波数１７０２と中心周波数１
７０１との差であり、周波数間隔１７１２，１７１３も同様である。図に示すように、中心周波数が大きいほど、中心周波数が隣接するカラーフィルタ同士の周波数間隔を大きくすることが好ましい。すなわち、周波数間隔１７１１＜周波数間隔１７１２＜周波数間隔１７１３となるように構成することが好ましい。このようにすることで、製造が容易で、分光情報を広帯域にわたって効率良く取得可能なカラーフィルタアレイが実現できる。
【００８９】
［その他］
以上の実施例１〜４において、２種類の中心周波数の異なるカラーフィルタを用いたカラーフィルタアレイを示したが、３種類以上のカラーフィルタを使用しても良い。カラーフィルタアレイに使用するカラーフィルタの種類を増やすほど、広帯域で周波数分解能の高い分光情報が得られる。一方で、同一の中心周波数を有するカラーフィルタ間の距離が広がるため、取得できる画像の分解能は低下する。従って、必要な周波数分解能と画像分解能によって、カラーフィルタの数を決定すればよい。
【００９０】
上記の説明では種々の実施例およびその変形例を説明したが、これらの内容はいずれも可能な限り組み合わせて本発明を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１２０、１２１：カラーフィルタ
１２２：第２の共通電極
１２３：第１の共通電極
１２４：電圧印加回路
１２５：カラーフィルタアレイ
１３０、１３１：金属構造
１３２：絶縁体
【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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