(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、
前記各受光素子のそれぞれに対応して該受光素子上に形成され、光透過率が５０％となる固有の半値波長を有し、該半値波長より短波長側の光については透過抑制特性を示すとともに該半値波長より長波長側の光については透過特性を示す複数のフィルタであって、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、緑領域から長波長側の光を透過する黄フィルタと、赤領域から長波長域の光を透過する赤フィルタと、赤外域の光を透過する赤外フィルタとを含む前記複数のフィルタと、
前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、青色光の強度値を求める青演算手段と、
前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、緑色光の強度値を求める緑演算手段と、
前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、赤色光の強度値を求める赤演算手段と、
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光センサにおいて、
前記青演算手段は、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記青色光の強度値を求め、
前記緑演算手段は、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記緑色光の強度値を求め、
前記赤演算手段は、前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記赤色光の強度値を求めることを特徴とする光センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光センサにおいて、
前記各フィルタは、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成され、少なくとも前記黄フィルタと前記赤フィルタと前記赤外フィルタの色材は、有機顔料であることを特徴とする光センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記各フィルタの上に、前記受光素子に光を集光するためのマイクロレンズがさらに形成された
ことを特徴とする光センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記青色光、前記緑色光、前記赤色光の各強度値に基づいて、画像情報を作成するための作成手段と、
前記画像情報を出力するための出力手段と
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の光センサにおいて、
前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号に基づいて、温度を計測するための温度計測手段と、
前記温度計測手段により計測する温度に基づいて、前記画像情報に対応する温度分布情報を作成するための温度分布作成手段と
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の光センサにおいて、
前記赤外フィルタを透過する波長域の赤外線を、物体に投射するための赤外線投射手段と、
前記物体から反射される反射光を前記赤外フィルタを経由して受光した場合、該反射光が変換された電気信号に基づいて、前記物体までの距離を計測するための計測手段と
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記透明フィルタは、クマリン系の染料を含有することを特徴とする光センサ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記黄フィルタの半値波長は４９０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、
前記赤フィルタの半値波長は５９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあり、
前記赤外フィルタの半値波長は６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする光センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光センサにおいて、
前記赤外フィルタは、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有することを特徴とする光センサ。
【請求項１１】
請求項９に記載の光センサにおいて、
前記赤外フィルタは、赤フィルタと紫フィルタとの光学的重畳により構成されることを特徴とする光センサ。
【請求項１２】
基板と、
前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、
前記各受光素子のそれぞれに対応して該受光素子上に形成され、光透過率が５０％となる固有の半値波長を有し、該半値波長より短波長側の光については透過抑制特性を示すとともに該半値波長より長波長側の光については透過特性を示す複数のフィルタであって、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、緑領域から長波長側の光を透過する黄フィルタと、赤外域寄りの赤領域から長波長側の光を透過する第１赤外フィルタと、前記第1赤外フィルタの半値波長より長波長側に半値波長を有する第２赤外フィルタとを含む前記複数のフィルタと、
前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、青色光の強度値を求める青演算手段と、
前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、緑色光の強度値を求める緑演算手段と、
前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記第２赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、赤色光の強度値を求める赤演算手段と、
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光センサにおいて、
前記青演算手段は、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記青色光の強度値を求め、
前記緑演算手段は、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記緑色光の強度値を求め、
前記赤演算手段は、前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記第２赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記赤色光の強度値を求めることを特徴とする光センサ。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の光センサにおいて、
前記各フィルタは、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成され、少なくとも前記黄フィルタと前記第１赤外フィルタと前記第２赤外フィルタの色材は、有機顔料であることを特徴とする光センサ。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記各フィルタの上に、前記受光素子に光を集光するためのマイクロレンズがさらに形成された
ことを特徴とする光センサ。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記第1赤外フィルタの半値波長は、６４０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあり、
前記第２赤外フィルタの半値波長は、７９０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする光センサ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光センサにおいて、
前記第２赤外フィルタは、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６とＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有することを特徴とする光センサ。
【請求項１８】
請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光センサにおいて、
前記青色光、前記緑色光、前記赤色光の各強度値に基づいて、画像情報を作成するための作成手段と、
前記画像情報を出力するための出力手段と
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光センサにおいて、
前記緑演算手段により求められる緑色光の強度値に対応して、前記出力手段の照度を変換させる照度変換手段
を備えたことを特徴とする光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の波長域の光を高感度に検出し得る光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特定の波長域の光を受光するものとして種々の光センサが用いられている。
【０００３】
例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像装置では、可視光線を捉えることにより、物体の映像を再現することができる。
【０００４】
また、可視光線のみならず、赤外線を捉えることにより、電子デバイスの故障解析等のための温度管理や、赤外線を吸収するガスを含む空間の分析、監視カメラによる映像の表示等が可能となる。
【０００５】
このような光センサにおいては、特定の波長域の光のみを透過するフィルタが用いられている。
【０００６】
具体的には、ＣＯＭＳ等の撮像装置においては、カラーフィルタが用いられる。それゆえ、光の３原色を再現して、カラー画像を表示することができる。
【０００７】
また、監視カメラにおいては、赤外線を透過するフィルタにて赤外線を抽出し、抽出した赤外線を受光素子で捉えている。これにより、人体の温度等を捉えることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、半導体やガラス等を検査する検査装置として、紫外線を検知するＣＣＤカメラが使用されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２０７８３０号公報
【特許文献２】特開２００２−７５８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、特定の波長域の光を透過するフィルタを用いることにより、ＣＯＭＳ等の撮像装置や監視カメラを製造することができる。
【００１０】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特定の波長域の光を透過するフィルタの透過率は必ずしも高いものではなく、改良の余地がある。
【００１１】
例えば、ＣＭＯＳ等の撮像装置に用いるカラーフィルタにおいては、青色光・緑色光を抽出するためのカラーフィルタは透過率が低い。特に、青色光を抽出するための青（Ｂ）フィルタの青領域もしくは、緑色光を抽出するための緑（Ｇ）フィルタの緑領域の光透過率が低いため、受光素子に到達する光量が少ない。その結果、画質の低下（暗い画像）を招来することとなる。
【００１２】
また、従来の光センサを用いる監視カメラや温度センサではでは、可視光域での対象物の観察ができなかった。そのため、紫外域や赤外域用のセンサと、可視光域を観察するためのセンサとを別個に設けなければならなかった。２つのセンサに距離があると、紫外・赤外画像と可視画像との視差が生じていた。
【００１３】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、特定の波長域の光を高感度に検出し、かつ、画像に視差のない光センサ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】
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じる。
【００１５】
請求項１に対応する発明は、基板と、前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、前記各受光素子のそれぞれに対応して該受光素子上に形成され、光透過率が５０％となる固有の半値波長を有し、該半値波長より短波長側の光については透過抑制特性を示すとともに該半値波長より長波長側の光については透過特性を示す複数のフィルタであって、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、緑領域から長波長側の光を透過する黄フィルタと、赤領域から長波長域の光を透過する赤フィルタと、赤外域の光を透過する赤外フィルタとを含む前記複数のフィルタと、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、青色光の強度値を求める青演算手段と、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、緑色光の強度値を求める緑演算手段と、前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、赤色光の強度値を求める赤演算手段とを備えた光センサである。
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する光センサにおいて、前記青演算手段としては、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記青色光の強度値を求め、前記緑演算手段としては、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記緑色光の強度値を求め、前記赤演算手段としては、前記赤フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記赤色光の強度値を求める光センサである。
【００１６】
請求項３に対応する発明は、請求項１または請求項２に対応する光センサにおいて、前記各フィルタは、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成され、少なくとも前記黄フィルタと前記赤フィルタと前記赤外フィルタの色材は、有機顔料である光センサである。
【００１７】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記各フィルタの上に、前記受光素子に光を集光するためのマイクロレンズがさらに形成された光センサである。
【００１９】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記青色光、前記緑色光、前記赤色光の各強度値に基づいて、画像情報を作成するための作成手段と、前記画像情報を出力するための出力手段とを備えた光センサである。
【００２０】
請求項６に対応する発明は、請求項５に対応する光センサにおいて、前記赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号に基づいて、温度を計測するための温度計測手段と、前記温度計測手段により計測する温度に基づいて、前記画像情報に対応する温度分布情報を作成するための温度分布作成手段とを備えた光センサである。
【００２１】
請求項７に対応する発明は、請求項５に対応する光センサにおいて、前記赤外フィルタを透過する波長域の赤外線を、物体に投射するための赤外線投射手段と、前記物体から反射される反射光を前記赤外フィルタを経由して受光した場合、該反射光が変換された電気信号に基づいて、前記物体までの距離を計測するための計測手段とを備えた光センサである。
【００２２】
請求項８に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記透明フィルタとしては、クマリン系の染料を含有する光センサである。
請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記黄フィルタの半値波長が４９０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、前記赤フィルタの半値波長が５９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあり、前記赤外フィルタの半値波長が６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある光センサである。
請求項１０に対応する発明は、請求項９に対応する光センサにおいて、前記赤外フィルタとしては、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有する光センサである。
請求項１１に対応する発明は、請求項９に対応する光センサにおいて、前記赤外フィルタとしては、赤フィルタと紫フィルタとの光学的重畳により構成される光センサである。
請求項１２に対応する発明は、基板と、前記基板上に形成され、入射される入射光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、前記各受光素子のそれぞれに対応して該受光素子上に形成され、光透過率が５０％となる固有の半値波長を有し、該半値波長より短波長側の光については透過抑制特性を示すとともに該半値波長より長波長側の光については透過特性を示す複数のフィルタであって、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、緑領域から長波長側の光を透過する黄フィルタと、赤外域寄りの赤領域から長波長側の光を透過する第１赤外フィルタと、前記第1赤外フィルタの半値波長より長波長側に半値波長を有する第２赤外フィルタとを含む前記複数のフィルタと、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、青色光の強度値を求める青演算手段と、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、緑色光の強度値を求める緑演算手段と、前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号と前記第２赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号とに基づいて、赤色光の強度値を求める赤演算手段とを備えた光センサである。
請求項１３に対応する発明は、請求項１２に対応する光センサにおいて、前記青演算手段としては、前記透明フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記青色光の強度値を求め、前記緑演算手段としては、前記黄フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記緑色光の強度値を求め、前記赤演算手段としては、前記第１赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号から前記第２赤外フィルタを経由して受光した入射光の電気信号を引き算処理して、前記赤色光の強度値を求める光センサである。
請求項１４に対応する発明は、請求項１２または請求項１３に対応する光センサにおいて、前記各フィルタは、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成され、少なくとも前記黄フィルタと前記第１赤外フィルタと前記第２赤外フィルタの色材が、有機顔料である光センサである。
請求項１５に対応する発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記各フィルタの上に、前記受光素子に光を集光するためのマイクロレンズがさらに形成された光センサである。
【００２３】
請求項１６に対応する発明は、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記第1赤外フィルタの半値波長は、６４０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあり、前記第２赤外フィルタの半値波長は、７９０ｎｍ〜８２０ｎｍの範囲内にある光センサである。
請求項１７に対応する発明は、請求項１６に対応する光センサにおいて、前記第２赤外フィルタが、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６とＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有する光センサである。
【００２４】
請求項１８に対応する発明は、請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項に対応する光センサにおいて、前記青色光、前記緑色光、前記赤色光の各強度値に基づいて、画像情報を作成するための作成手段と、前記画像情報を出力するための出力手段とを備えた光センサである。
【００２５】
請求項１９に対応する発明は、請求項１８に対応する光センサにおいて、前記緑演算手段により求められる緑色光の強度値に対応して、前記出力手段の照度を変換させる照度変換手段を備えた光センサである。
【００２６】
＜用語＞
本発明において、「透過率」は、屈折率１．５前後の透明ガラスの透過率を１００％として求めている。
【００２７】
また、「半値波長」は、フィルタの分光特性曲線において、光の透過が抑制された短波長側から光を透過する長波長側にかけて分光特性曲線が立ち上がるところにおいて、透過率が５０％となる光の波長を意味する。すなわち、本発明に用いるフィルタは後述する図５に示すように略Ｓ字状となった分光特性曲線を有する。
【００２８】
＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、以下の作用を有する。
【００２９】
請求項１・２に対応する発明は、各受光素子により変換される入射光の電気信号に基づき、青色光・緑色光・赤色光の強度値を演算する青演算手段・緑演算手段・赤演算手段を備えているので、青色光・緑色光・赤色光の波長域の光を高感度に検出し得る光センサを提供することができる。
また、請求項１・２に対応する発明は、前述した作用に加え、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、黄色光を抽出するための黄フィルタと、赤外線を抽出するための赤外フィルタとを含む構成であるので、光の３原色の強度データを演算により求めることができる。
【００３０】
請求項３に対応する発明は、請求項１または請求項２に対応する作用に加え、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成され、少なくとも黄フィルタと赤フィルタと赤外フィルタの色材が有機顔料であるので、固有の半値波長を有するフィルタを備えた光センサを提供することができる。
【００３１】
請求項４に対応する発明は、請求項１〜３に対応する作用に加え、各フィルタの上に、受光素子に光を集光するためのマイクロレンズが形成されていることから、各フィルタの構成の簡略化および薄型化を図ることができる。これにより、小型の光センサを提供することができる。さらに、マイクロレンズと受光素子との距離が短くなるので、入射光の取り込み角度を大きくすることができ、光センサの感度を上げることができる。
【００３３】
請求項５に対応する発明は、請求項１〜４に対応する作用に加え、画像情報を作成するための作成手段と、画像情報を出力するための出力手段とを備えているので、カラー画像を再現し得る光センサを提供できる。
【００３４】
請求項６に対応する発明は、請求項５に対応する作用に加え、入射光の電気信号に基づいて、温度を計測するための温度計測手段と、画像情報に対応する温度分布情報を作成するための温度分布作成手段とを備えた構成により、画像情報と温度分布情報とのパララックスを解消することができる。
【００３５】
請求項７に対応する発明は、請求項５に対応する作用に加え、赤外線を物体に投射するための赤外線投射手段と、反射光が変換された電気信号に基づいて、物体までの距離を計測するための計測手段とを備えた構成により、生体形状の３次元分析等を可能にする画像情報を作成することができる。
請求項８に対応する発明は、請求項１〜７に対応する作用に加え、透明フィルタがクマリン系の染料を含有する構成により、紫外線の影響を除去した光の電気信号を得ることができ、人間の視覚感度に近い青色光の強度値を得ることができる。この結果、色のバランスと色の再現性が良い光センサを提供できる。
請求項９に対応する発明は、請求項１〜８に対応する作用に加え、黄フィルタの半値波長が４９０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にあり、赤フィルタの半値波長が５９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にあり、赤外フィルタの半値波長が６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内にある構成により、半値波長を望ましい範囲内にすることができる。
請求項１０に対応する発明は、請求項９に対応する作用に加え、赤外フィルタを、色フィルタの積層構造とせず、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有する単層とすることができる。
請求項１１に対応する発明は、請求項９に対応する作用に加え、赤外フィルタが、赤フィルタと紫フィルタとの光学的重畳により構成されるので、赤外フィルタを、単層とせず、色フィルタの積層構造とすることができる。
【００３６】
請求項１２・１３・１６に対応する発明は、請求項１〜３に対応する作用（但し、請求項１における光の３原色の強度データを演算により求める作用を除く）に加え、半値波長が３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、かつ４５０ｎｍ以上の光波長で９０％以上の光透過率となる分光特性を有する透明フィルタと、黄色光を抽出するための黄フィルタと、赤外線を抽出するための第１赤外フィルタと、第1赤外フィルタの半値波長より長波長側に半値波長を有する第２赤外フィルタとを含む構成であるので、光の３原色の強度データを演算により求めることができる。
請求項１４に対応する発明は、請求項１２・１３に対応する作用に加え、有機顔料もしくは染料から選択された色材により各フィルタが形成され、少なくとも前記黄フィルタと前記第１赤外フィルタと前記第２赤外フィルタの色材は、有機顔料であるので、固有の半値波長を有するフィルタを備えた光センサを提供することができる。
請求項１５に対応する発明は、請求項１２〜１４に対応する作用に加え、各フィルタの上に、受光素子に光を集光するためのマイクロレンズが形成されていることから、各フィルタの構成の簡略化および薄型化を図ることができる。これにより、小型の光センサを提供することができる。さらに、マイクロレンズと受光素子との距離が短くなるので、入射光の取り込み角度を大きくすることができ、光センサの感度を上げることができる。
請求項１７に対応する発明は、請求項１６に対応する作用に加え、第２赤外フィルタがＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６とＣ．Ｉ．ピグメントレッド２５４とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９とＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３とを混合した色材を有する構成により、半値波長が約８００ｎｍの近赤外フィルタとして、第２赤外フィルタを形成することができる。
【００３７】
請求項１８に対応する発明は、請求項１２〜１７に対応する作用に加え、画像情報を作成するための作成手段と、画像情報を出力するための出力手段とを備えているので、カラー画像を再現し得る光センサを提供できる。
【００３８】
請求項１９に対応する発明は、請求項１８に対応する作用に加え、緑色光の強度値に対応して、出力手段の照度を変換させる照度変換手段を備えた構成により、室内の環境等に応じて、出力手段の明るさ等を調整し得る光センサを提供できる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、１組の光センサシステムで特定の波長域の光を高感度に検出し、かつ、得られる画像に視差の無い光センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００４１】
＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光センサ５の構成を示す模式図であり、図２は撮像装置１０におけるフィルタを入射光側から見たときの配列状態の概念を示す図である。また、図３および図４はそれぞれ図１における光センサ５１０のＩ−Ｉ’断面図およびＩＩ−ＩＩ’断面図である。
【００４２】
光センサ５は、撮像装置１０と演算装置２０とを備える。なお、本実施形態では受光素子として、ＣＭＯＳを例示する。
【００４３】
撮像装置１０は、基板１１と受光素子１２・平坦化層１３・フィルタ１４・マイクロレンズ１５とを備える。
【００４４】
基板１１は、電気信号の授受を可能とする配線層を具備する半導体基板である。配線層を介して、受光素子１２が受光した光の強度値（電気信号）を演算装置２０に送出する。
【００４５】
受光素子１２は、基板１１上に形成され、入射した光を電気信号に光電変換するものである。後述するように本実施形態においては、フィルタ１４として、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋの４種類のものが形成される。そこで、便宜上、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋのそれぞれを経由した光を受光する受光素子を、それぞれ白受光素子１２Ｗ・黄受光素子１２Ｙ・赤受光素子１２Ｒ・黒受光素子１２Ｂｌｋと呼ぶこととする。
【００４６】
白受光素子１２Ｗは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を青演算部２１Ｂに送出する。
【００４７】
黄受光素子１２Ｙは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を青演算部２１Ｂと緑演算部２１Ｇとに送出する。
【００４８】
赤受光素子１２Ｒは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を緑演算部２１Ｇと赤演算部２１Ｒとに送出する。
【００４９】
黒受光素子１２Ｂｌｋは、受光した入射光を変換して得られる電気信号を赤演算部２１Ｒに送出する。また、黒受光素子１２Ｂｌｋで得られた電気信号を赤外データとして出力部２３に送出する。
【００５０】
平坦化層１３は、受光素子１２が形成された基板１１の入射光側の面に積層されるものであり、フィルタ１４の設置面を平坦にしている。また、平坦化層１３は、紫外線吸収剤としてクマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂から形成される。これにより、平坦化層１３は、約４２０ｎｍの波長の光に対して５０％の透過率となる点（以下、半値波長ともいう）を有する。詳しくは、３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの波長の光に対して５０％の透過率となる点を有し、かつ４５０ｎｍ以上の波長の光に対して９０％以上の透過率を有する分光特性を有する。
【００５１】
フィルタ１４は、受光素子１２のそれぞれの上に、互いに隣接するように個別に形成されるものである。なお、フィルタ１４は、そのフィルタの種類毎に、光透過率が５０％となる固有の半値波長を有している。このフィルタは、この半値波長より短波長側の光については透過抑制特性を示し、半値波長より長波長側の光については透過特性を示すもので、略Ｓ字状の分光特性曲線を有する。
【００５２】
ここでは、フィルタ１４として、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋの４種類のものが形成される。これらの４種類のフィルタは、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成される。なお、透明フィルタ１４Ｗ・赤フィルタ１４Ｒ・黄フィルタ１４Ｙ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋをそれぞれ１画素とした計４画素により色分離の１単位を形成している。また、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４ＢｌｋをそれぞれＷ・Ｙ・Ｒ’・Ｂｌｋとして表記すると、例えば図２に示すような配列状態のフィルタ１４が形成される。
【００５３】
透明フィルタ１４Ｗは、平坦化層１３と同じ材質により形成される無色透明のフィルタである。ここでは、透明フィルタ１４Ｗは、クマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂から形成される。これにより、半値波長が約４２０ｎｍの透明フィルタ１４Ｗを形成することができる。
【００５４】
黄フィルタ１４Ｙは、光センサに入射する入射光のうち、緑領域から長波長側の光を透過する。すなわち、赤領域の光及び赤外域の光を含めた、緑領域以上の波長を透過するフィルタである。また、目視で黄色のフィルタである。黄フィルタの半値波長は４９０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内とすることが望ましい。特に、５００±１０ｎｍの範囲内とすることが望ましい。５００±１０ｎｍの範囲が特に望ましい理由は、この範囲内に半値波長を有するフィルタは、分光特性曲線において立ち上がり部の傾斜が急な分光特性とすることができるからである。すなわち、色の分離性を良くすることができるからである。黄フィルタ１４Ｙの色材としては、C.I.ピグメントイエロー139を用いることができる。この場合、半値波長が約５００ｎｍの黄フィルタ１４Ｙを形成することができる。
【００５５】
赤フィルタ１４Ｒは、光センサに入射する入射光のうち、赤領域から長波長域の光（すなわち、赤領域の光と赤外域の光）を透過するフィルタである。また、目視で赤色のフィルタである。赤フィルタの半値波長は、５９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内とすることが望ましい。赤フィルタ１４Ｒの色材としては、C.I.ピグメントレッド117とC.I.ピグメントレッド48：1とC.I.ピグメントイエロー139とを用いることができる。この場合、半値波長が約６００ｎｍの赤フィルタ１４Ｒを形成することができる。
【００５６】
赤外フィルタ１４Ｂｌｋは、可視光に透過抑制特性を有し、赤外域の光（赤外線）に対して透過特性を有し、赤外線を抽出するものである。この赤外フィルタ１４Ｂｌｋの半値波長は、６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内とするのが望ましい。特に、６００±１０ｎｍの範囲内が望ましい。６００±１０ｎｍの範囲が特に望ましい理由は、この範囲に半値波長を有するフィルタは、分光特性曲線において立ち上がり部の傾斜が急な分光特性とすることができるからである。すなわち、色の分離性を良くすることができるからである。ここでは、バイオレットのカラーフィルタである紫フィルタ１４Ｖと赤フィルタ１４Ｒとの光学的重畳により構成する。紫フィルタ１４Ｖは、例えば、C.I.ピグメントバイオレット23により形成することができる。これらの紫フィルタ１４Ｖと赤フィルタ１４Ｒから、半値波長が約６６０ｎｍの赤外フィルタ１４Ｂｌｋを形成することができる。なお、赤外フィルタ１４Ｂｌｋは、色フィルタの積層構造とせず、C.I.ピグメントレッド254とC.I.ピグメントイエロー139とC.I.ピグメントバイオレット23とを混合した色材を有する単層とすることもできる。
【００５７】
上述した各フィルタ１４Ｗ・１４Ｙ・１４Ｒ・１４Ｂｌｋの分光特性は、図５のように示される。図５において、ａ１・ａ２・ａ３・ａ４は、それぞれ透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋの分光特性を示している。なお、各フィルタの分光特性は、用いる顔料やその比率、およびフィルタの膜厚によって微調整することができる。
【００５８】
マイクロレンズ１５は、受光素子１２に光を集光するためのものであり、フィルタ１４の上に形成される。なお、マイクロレンズ１５は、平坦化層１３および透明フィルタ１４Ｗと同じ材質のものから形成される。
【００５９】
演算装置２０は、青演算部２１Ｂ・緑演算部２１Ｇ・赤演算部２１Ｒ・作成部２２・出力部２３を備える。この演算装置２０は、光の３原色のデータを得て、カラー画像のデータを再現するものである。
【００６０】
青演算部２１Ｂは、青色光のデータを求めるものである。具体的には、青演算部２１Ｂは、白受光素子１２Ｗと黄受光素子１２Ｙとから電気信号を受け取る。それから、白受光素子１２Ｗから送出される電気信号と、黄受光素子１２Ｙから送出される電気信号とを引き算処理し、透明フィルタ１４Ｗの半値波長と黄フィルタ１４Ｙの半値波長との差分に対応する青色領域の強度値を求める。また、青色領域の強度値は、青色光のデータとして、作成部２２に送出される。
【００６１】
緑演算部２１Ｇは、緑色光のデータを求めるものである。具体的には、緑演算部２１Ｇは、黄受光素子１２Ｙと赤受光素子１２Ｒとから電気信号を受け取る。それから、黄受光素子１２Ｙから送出される電気信号と、赤受光素子１２Ｒから送出される電気信号とを引き算処理し、黄フィルタ１４Ｙの半値波長と赤フィルタ１４Ｒの半値波長との差分に対応する緑色領域の強度値を求める。また、緑色領域の強度値は、緑色光のデータとして、作成部２２に送出される。
【００６２】
赤演算部２１Ｒは、赤色領域のデータを求めるものである。具体的には、赤演算部２１Ｒは、赤受光素子１２Ｒと黒受光素子１２Ｂｌｋとから電気信号を受け取る。それから、赤受光素子１２Ｒから送出される電気信号と、黒受光素子１２Ｂｌｋから送出される電気信号とを引き算処理し、赤フィルタ１４Ｒの半値波長と黒フィルタ１４Ｂｌｋの半値波長との差分に対応する赤色領域の強度値を求める。また、赤色領域の強度値は、赤色光のデータとして、作成部２２に送出される。
【００６３】
作成部２２は、青演算部２１B・緑演算部２１G・赤演算部２１Rのそれぞれから送出される青色領域・緑色領域・赤色領域の強度値に基づき、データを合成して、画像情報を作成するためのものである。作成した画像情報は、出力部２３に送出される。
【００６４】
出力部２３は、作成部２２により作成された画像情報及び赤外データを出力するためのものである。これにより、ディスプレイ装置などに対象物の可視域でのカラー画像と赤外域での画像とを、単独もしくは合成して出力できる。
【００６５】
（１−２．動作）
次に、本実施形態に係る光センサ５の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
まず、観測対象から光が放射されると、その一部の光が入射光として撮像装置１０に入射される（ステップＳ１）。
【００６７】
入射光は、マイクロレンズ１５により集光され、カラーフィルタ１４を透過して受光素子１２に到達する。ここで、カラーフィルタ１４として、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋが形成されているので、白受光素子１２Ｗ・黄受光素子１２Ｙ・赤受光素子１２Ｒ・黒受光素子１２Ｂｌｋのそれぞれにおいて、入射光・黄色光・赤色光・赤外光が抽出される（ステップＳ２）。
【００６８】
各受光素子１２に到達した光は電気信号に変換されて、演算装置２０に送出される（ステップＳ３）。ここでは、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋのそれぞれを透過した光が演算装置２０に送出される。
【００６９】
その後、演算装置２０の各演算部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂにより赤色光・緑色光・青色光の強度値がそれぞれ求められる（ステップＳ４）。具体的には、各受光素子により得られた入射光・黄色光・赤色光・赤外光の電気信号をそれぞれＷ・Ｙ・Ｒ’・Ｂｌｋとし、３原色の青色光・緑色光・赤色光の強度値をそれぞれＢ・Ｇ・Ｒとすると、下式（１）〜（３）に示される演算式が成立する。
【００７０】
Ｂ＝Ｗ−Ｙ  …（１）
Ｇ＝Ｙ−Ｒ’  …（２）
Ｒ＝Ｒ’−Ｂｌｋ  …（３）
このようにして求められた各画素における光の３原色の強度値は、見かけ上の青色光・緑色光・赤色光の強度値として、作成部２２に送出される。すなわち、本実施形態に係る光センサ５は、図７に示す分光特性を有する青フィルタｂ１・緑フィルタｂ２・赤フィルタｂ３を備えた光センサと見かけ上、同一の光を抽出する。
【００７１】
続いて、作成部２２により光の３原色のデータが合成され、観測対象のカラー画像のデータが作成される（ステップＳ５）。
【００７２】
そして、作成されたカラー画像のデータは、出力部２３により出力される（ステップＳ６）。
【００７３】
また、黒フィルタ１４Ｂｌｋは赤外線を透過し、可視光に対し透過を抑制する機能を持つので、黒受光素子１２Ｂｌｋで得られた信号をそのまま赤外データとして利用することが出来る（ステップ７）。
【００７４】
（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係る光センサ５は、各受光素子１２Ｗ・１２Ｙ・１２Ｒ・１２Ｂｌｋにより変換される光の電気信号に基づき、各フィルタ１４Ｗ・１４Ｙ・１４Ｒ・１４Ｂｌｋの半値波長の差分に対応する波長域の光の強度値を演算する青演算部２１Ｂ・緑演算部２１Ｇ・赤演算部２１Ｒを備えているので、青色光・緑色光・赤色光の波長域の光を高感度に検出し得る光センサ５を提供することができる。
【００７５】
補足すると、イメージセンサやリニアセンサなどの撮像装置では、シリコンフォトダイオード感度（ＳＰＤ感度）が５００ｎｍより短波長の領域で大きく感度が低下する。それゆえ、入射光から光の３原色（赤・緑・青）を抽出するための赤フィルタ・緑フィルタ・青フィルタを用いると、青色光の感度が他の２色に比べ低くなる。また、青色光を抽出するための青フィルタの透過率は、図８に示すように、他の２色に比べて低いという問題が生じていた。さらに、このような受光素子においては、図９に示すように、光が入射しない状態でもわずかな暗電流（dark current）が流れてしまう。そのため、分光特性のボトムを浮かすノイズとなり、画質の低下を招来する問題が生じていた。
【００７６】
これらの問題に対し、本実施形態に係る光センサ５は、演算処理によりカラー画像を再現するので、暗電流の影響を軽減した上で、高い演色性を示す画像データを提供することができる。
【００７７】
また、各フィルタ１４の上に、受光素子１２に光を集光するためのマイクロレンズ１５を形成した構造により、各フィルタ１４の構成の簡略化および薄型化を図ることができる。これにより、小型の光センサ５を提供することができる。例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子の開口率は通常２０〜４０％と低い。これに対し、本実施形態に係る撮像装置１０によれば、マイクロレンズ１５と受光素子１２との距離を短くすることができる。それゆえ、入射光の取り込み角度を大きくすることができ、光センサ５の感度を上げることができる。
【００７８】
なお、マイクロレンズ１５は、フェノール系・ポリスチレン系・アクリル系などの樹脂を用いることができるが、耐熱性などの観点からポリスチレン系、望むらくはアクリル系が好ましい。低屈折率の透明樹脂、例えば、フッ素含有アクリル樹脂なども好ましい。マイクロレンズ上に反射防止膜や低屈折率の樹脂膜を積層する構成では、マイクロレンズの材料を窒化シリコンや酸窒化シリコンなどによるマイクロレンズとしてもよい。
【００７９】
また、撮像装置１０における各フィルタ１４は、有機顔料もしくは染料から選択された色材により形成されるので、固有の半値波長を有するフィルタを備えた光センサ５を提供できる。
【００８０】
なお、本実施形態において、透明フィルタ１４Ｗや平坦化層１３・マイクロレンズ１５は、クマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂により形成しているが、アクリル系樹脂だけでなく、エポキシ系・ポリイミド系・ウレタン系・メラミン系・ポリエステル系・尿素系・スチレン系などの樹脂を一つもしくは複数含んだものにより形成してもよい。
【００８１】
さらに、アクリル系・ポリイミド系・ウレタン系・メラミン系・ポリエステル系・尿素系・スチレン系などの樹脂を一つもしくは複数含んだ透明樹脂を、各フィルタ１４やマイクロレンズ１５の下地樹脂として用いてもよい。
【００８２】
なお、本実施形態に係る透明フィルタ１４Ｗに紫外線吸収剤を添加して、半値波長を調整することができる。紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系化合物・ベンゾフェノン系化合物・サルチル酸系化合物・クマリン系化合物、あるいはこれら吸収剤に光安定化剤（例えばヒンダードミン系化合物）やクエンチャーを添加したものが挙げられる。また、ＵＶ吸収剤や樹脂の効果に用いる光開始剤や硬化剤を添加しても、ある程度の紫外線吸収を付与することができる。あるいは、紫外線吸収性のある金属酸化物の微粒子を分散させてもよい。
【００８３】
また、赤外線吸収性化合物や赤外線吸収剤を前記の透明フィルタ１４Ｗ・平坦化層１３に添加あるいはペンダント（反応性染料など反応型赤外線吸収剤などの形で樹脂分子鎖に組み込む）することにより、赤外線吸収機能を持たせることも可能である。
【００８４】
（赤外フィルタ）
また、本実施形態に係る光センサ５は、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを具備し、赤外カットフィルタを不用としているので、感度の低下を招かずに光の３原色を再現することができる。これについて以下に補足する。
【００８５】
ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像装置は、人間の可視光（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）外の領域でも高い感度を有するものである。特に、可視光波長域より長波長側の波長域（以下、「赤外域」という。例えば７００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域）について高い感度を有する。ここで、通常の有機カラーフィルタには赤外域の光（赤外線）のカット機能がない。そのため、人間の視覚感度域外（例えば７００ｎｍより長波長側）の光も撮像装置に入射され、撮像装置１０で得られる観測対象の色と人間が目視で観察した観測対象の色とが異なる場合がある。
【００８６】
ここで、人間の視覚感度と、撮像装置の感度（ＳＰＤ感度）と、理想的な赤外線カットフィルタとにおける波長および透過率の関係は、例えば図１０のように示される。この図１０に示される斜線部の波長範囲に該当する入射光を赤外線カットフィルタでカットすれば、人間の視覚感度に近い色を再現できるようになる。なお、赤外線カットフィルタには、反射型と吸収型の２種類のものがある。反射型の赤外線カットフィルタと吸収型の赤外線カットフィルタとにおける光の波長と透過率との関係は、例えば図１１のように示される。
【００８７】
しかしながら、赤外線カットフィルタを用いて赤外線をカットする場合には、以下の問題が生じる。
【００８８】
まず、撮像装置の小型化が難しくなるという問題がある。例えば、赤外線カットフィルタを撮像装置の光学系に挿入する技術としては、特開2000-19322号公報や特開昭63-73204号公報に提案されている技術が挙げられる。しかし、これらの技術では、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの装置全体を覆うように赤外線カットフィルタが挿入される。それゆえ、赤外線カットフィルタの厚みのため、光学系を含めた撮像装置の小型化が困難になる。例えば、吸収型の赤外線カットフィルタは１〜３ｍｍ程度の厚みを有する。
【００８９】
また、カメラ部材としてカラーフィルタを用いる場合には、赤外線カットフィルタをレンズ系に組み込む工程が必要になるという問題がある。
【００９０】
また、光の３原色のカラーフィルタ（Ｒ・Ｇ・Ｂ）もしくは補色系のカラーフィルタ（Ｃ・Ｍ・Ｙ）を具備した撮像装置においては、赤外線カットフィルタを用いると撮像装置の感度が低下するという問題がある。詳しくは、赤外線カットフィルタが、５５０ｎｍ〜７００ｎｍの可視光波長域の光を吸収してしまう場合があり、緑や赤のカラーフィルタ等を具備した撮像装置の感度が低下する。
【００９１】
これらの問題に対し、本実施形態に係る赤外フィルタ１４Ｂｌｋを用いて演算により、赤・緑・青の光のデータを再現すれば、感度の低下を回避することができる。さらに、赤外線カットフィルタをレンズ系に組み込む必要がなくなる。また、赤外カットフィルタを用いないため、黒受光素子１２Ｂｌｋで得られた電気信号は、そのまま被撮像対象の赤外データとして利用できる。そのため、赤外データを抽出するための受光素子を別途設ける必要が無くなり、色再現性の良い小型の光センサ５を提供することができる。
【００９２】
（透明フィルタ１４Ｗ）
また、本実施形態に係る光センサ５は、透明フィルタ１４Ｗを具備しているので、色のバランスと色の再現性が良い光センサ５を提供できる。これについて以下に補足する。
【００９３】
受光素子１２は、製造するメーカー、又は、製品毎に紫外線領域において感度にバラツキを有するものである。そのため、紫外線を含む入射光を受光素子１２が受光すると、受光素子１２の種類により青色光の強度値が一定に再現されなかったり、人間の目の視覚感度との整合が不十分になったりする。
【００９４】
これに対し、本実施形態に係る透明フィルタ１４Ｗは、紫外線吸収剤としてクマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂により形成しており、平坦化層１３および透明フィルタ１４Ｗが３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの波長の光に対して透過率が５０％となる点を有し、かつ４５０ｎｍ以上の波長の光に対して９０％以上の透過率となる分光特性を有する。
【００９５】
ただし、透明フィルタは、上記クマリン系紫外線吸収剤の添加量を減じた、あるいは、添加しないアクリル樹脂を用いる。さらには、アクリル樹脂に代えてフッ素系アクリル樹脂を用いることにより、紫外線領域の透過率を上げ、これを活用することができる。また、場合により、紫外線吸収剤を添加したアクリル樹脂による透明フィルタとは別に、フッ素系アクリル樹脂による紫外線フィルタを形成しても良い。
【００９６】
それゆえ、紫外線の影響を除去した光の電気信号を得ることができ、人間の視覚感度に近い青色光の強度値を得ることができる。この結果、色のバランスと色の再現性が良い光センサ５を提供できる。
【００９７】
また、カラーフィルタを、フォトリソグラフィ法で形成する際のパターン露光時における基板からのハレーションの影響を平坦化層１３が吸収するので、カラーフィルタの画素太りを抑えることもできる。
【００９８】
逆に、透明フィルタ１４Ｗの分光特性を調整して、紫外線の検出を可能とした光センサとすることもできる。紫外線検出用のセンサとする場合、含フッ素アクリル樹脂（フッ素系アクリル樹脂）を透明フィルタに用いることが可能である。これにより、透明フィルタの半値波長を２４０ｎｍの紫外線領域とすることが出来、紫外線の抽出が可能となる。この場合、火災検知・不審火センサへの応用が可能である。また、紫外線を照射することにより病変部から発せられた蛍光を抽出することができるため、医療用センサへの応用も可能である。
【００９９】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態では、第1の実施形態に係る撮像装置１０の製造方法について、図１２および図１３の工程図を用いて説明する。
【０１００】
まず、受光素子１２（図１２において１２W・１２Y）が形成された基板１１上に、平坦化層１３を形成する（図１２（Ａ））。ここでは、クマリン系の染料を染料濃度で５％含有したアクリル樹脂の塗布液を、２０００ｒｐｍの回転数でスピンコートした後、２００℃の熱処理で硬膜することにより、膜厚０．１μmの平坦化層１３を形成する。
【０１０１】
次に、平坦化層１３の上に約１μｍ膜厚の黄色樹脂層ＹＬを形成する。黄色樹脂層ＹＬは、例えば、C．I．ピグメントイエロー139にシクロヘキサノン・ＰＧＭＥＡなどの有機溶剤やポリマーワニス・モノマー・開始剤を添加した感光性樹脂層である。
【０１０２】
続いて、マスクＭを用いてパターン露光する（図１２（Ｂ））。ここでは、露光された部分が光化学反応を起こし、アルカリ不溶となる。
【０１０３】
その後、アルカリ溶液などの現像液を用いて光が照射されていない部分を除去して、黄フィルタ１４Ｙを形成する（図１２（Ｃ））。
【０１０４】
また、図示していないが、同様のフォトリソグラフィプロセスにより、約１μｍ膜厚の赤フィルタ１４Ｒを形成する。この際、赤フィルタ１４Ｒを形成する箇所だけでなく、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを形成する箇所にも赤フィルタ１４Ｒを形成する。そして、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを形成する箇所に形成した赤フィルタ１４Ｒの上に、さらにバイオレットフィルタ１４Ｖを形成して光学的重畳により赤外フィルタ１４Ｂｌｋを形成する。
【０１０５】
このようにして、黄フィルタ１４Ｙ・赤フィルタ１４Ｒ・赤外フィルタ１４Ｂｌｋ（バイオレットフィルタ１４Ｖ）を形成した後に、約２μｍ膜厚の透明樹脂層ＷＬを形成する（図１３（Ａ））。ここで、透明樹脂層ＷＬは、平坦化層１３と同じ材質である。
【０１０６】
次に、透明樹脂層ＷＬの上にフェノール樹脂層１６を形成する（図１３（Ｂ））。フェノール樹脂層１６は、後述するドライエッチングの際、エッチングレートを制御し、所望する形状のマイクロレンズ１５を得るために形成する。なお、フェノール樹脂層１６は、熱フローによりレンズ母型１７Ｍを形成する際、熱フローの制御の役割を果たす。
【０１０７】
続いて、フェノール樹脂層１６の上に感光性樹脂層１７を形成する（図１３（Ｃ））。感光性樹脂層１７は、例えば、アルカリ可溶性・感光性・熱フロー性を持つアルカリ樹脂により形成することができる。
【０１０８】
次に、感光性樹脂層１７をフォトリソグラフィのプロセスにて矩形のパターンにする。それから、熱処理により矩形状パターンを溶融しながら硬化させたのち、冷却させる。これにより、溶融時の樹脂の表面張力により、半球状となったレンズ母型１７Ｍを形成することができる（図１３（Ｄ））。
【０１０９】
続いて、レンズ母型１７Ｍをマスクとしてドライエッチング処理する。この際、ドライエッチング量（エッチング深さ）は、約０．９μｍとする。これにより、黄色フィルタ１４Ｙと赤フィルタ１４Ｒとは、その表面までが実効的に１．１μｍ膜厚となる。
【０１１０】
これにより、マイクロレンズ１５を形成する（図１３（Ｅ））。
【０１１１】
以上説明した方法により、撮像装置１０を製造することができる。なお、撮像装置１０において、透明フィルタ１４Ｗとマイクロレンズ１５とを一体化した構造とすることで、製造工程を簡略化することができる。
【０１１２】
＜第３の実施形態＞
図１４は本発明の第３の実施形態に係る光センサ５Ｓの構成を示す模式図である。
【０１１３】
本実施形態に係る光センサ５Ｓは、第1の実施形態に係る光センサ５の演算装置２０に、温度分布計測部３０・温度分布作成部３１をさらに備える。本実施形態では、このような演算装置を２０Ｓと表記する。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、特に説明がない限りは重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【０１１４】
温度分布計測部３０は、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを経由して受光した赤外光の強度値に基づいて、撮影対象物の温度分布を計測するものである。計測される温度分布情報は、温度分布作成部３１に送出される。
【０１１５】
温度分布作成部３１は、温度分布計測部３０から送出される温度分布に基づいて、作成部２２が作成する画像情報に対応する温度分布情報を作成するものである。温度分布情報は、出力部２３に送出される。
【０１１６】
出力部２３では、画像情報と温度分布情報とを選択的あるいは同時に出力するようにしている。
【０１１７】
上述した構成により、本実施形態に係る光センサ５Ｓは、画像情報と温度分布情報とを色分離の一単位から得ることができる。そのため、可視画像（画像情報）と赤外画像（温度分布情報）との“視差（パララックス）”を解消することができる。
【０１１８】
補足すると、通常、赤外センサを用いるシステムでは、可視領域での計測や監視を同時に行なうことができない。そのため、赤外領域のセンサと可視領域のセンサとの２つの光学系を別個に設ける必要がある。この結果、赤外領域センサと可視領域センサとの距離が離れているため、赤外センサにより得られる赤外画像と、撮像装置により得られる可視画像とにパララックス（視差）が生じてしまう。この点、本実施形態に係る光センサ５Ｓであれば、赤外領域抽出部と可視領域抽出部とを距離を離すことなく、同一の色分離の一単位上に設けられるため、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを介して赤外画像を得られる。すなわち、本発明では、赤外画像と可視画像とのパララックスを解消することができるため、パララックスの無い赤外画像と可視画像とを重ね合わせて出力することができる。
【０１１９】
また、可視画像と赤外画像とを合成することができるので、認識・分析システムの精度向上に資する。また、赤外波長域を分割して処理することも可能である。
【０１２０】
＜第４の実施形態＞
図１５は本発明の第４の実施形態に係る光センサ５Ｔの構成を示す模式図である。
【０１２１】
本実施形態に係る光センサ５Ｔは、第1の実施形態に係る光センサ５の演算装置２０に、赤外線投射部４０・計測部４１をさらに備える。本実施形態では、このような演算装置を２０Ｔと表記する。
【０１２２】
赤外線投射部４０は、赤外フィルタ１４Ｂｌｋを透過する波長の赤外線を投射するものである。投射した赤外線の時刻および波長等のデータは計測部４１に送出される。
【０１２３】
計測部４１は、赤外線投射部４０から投射された赤外線が物体３により反射されて、その物体３からの反射光を赤外フィルタ１４Ｂｌｋを経由して受光した場合、その反射光の強度値に基づいて、物体３までの距離を計測する機能を有する。なお、距離を計測するための演算に必要なデータは赤外線投射部４０から送出される赤外線と、物体３から反射される赤外線との位相差などに基づく。
【０１２４】
上述した構成により、本実施形態に係る光センサ５Ｔは、赤外線投射部４０から物体までの距離を計測することができる。これにより、撮影対象物の形状の３次元分析等を可能にする画像情報などを作成することができる。具体的には、下着や衣類のデザインなどに活用できる。
【０１２５】
また、本実施形態に係る光センサ５Ｔを、テレビジョン用リモートコントローラなどに組み込めば、赤外線投射部４０からの赤外線をチャネル切り替えなどの信号処理に応用できる。
【０１２６】
さらに、本実施形態に係る光センサ５Ｔを、ＬＡＮのセンサ素子（機能素子）などに組み込めば、赤外線投射部４０からの赤外線、あるいは、ＬＥＤなど複数種類の波長の発光素子を用いることにより、通常の電波などの傍受されやすい無線ＬＡＮに比して、セキュリティの高い光無線ＬＡＮの構築に応用できる。
【０１２７】
＜第５の実施形態＞
図１６は本発明の第５の実施形態に係る光センサ５Ｕの構成を示す模式図であり、図１７は撮像装置１０Ｕにおけるフィルタを入射光側から見たときの配列状態の概念を示す図である。また、図１８および図１９はそれぞれ図１６における撮像装置１０ＵのＩＩＩ−ＩＩＩ’断面図およびＩＶ−ＩＶ’断面図である。
【０１２８】
撮像装置１０Ｕは、第1の実施形態に係る撮像装置１０において、赤フィルタ１４Ｒを第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２に変えたものである。なお、本実施形態では、便宜上、第１の実施形態における赤外フィルタ１４Ｂｌｋを第１赤外フィルタと呼ぶこととする。また、第１赤外フィルタ１４Ｂｌｋと第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２とに対応する受光素子を、それぞれ第１黒受光素子１２Ｂｌｋと第２黒受光素子１２Ｂｌｋ２と呼ぶこととする。
【０１２９】
第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２は、半値波長が７９０ｎｍ〜８２０ｎｍとなるように調整が可能であり、第１赤外フィルタ１４Ｂｌｋは、半値波長が６４０ｎｍ〜６８０ｎｍとなるように調整が可能である。そのため、第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２は、第1赤外フィルタの半値波長に比べて長波長側に半値波長を有する。第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２の色材としては、C.I.ピグメントブルー15:6とC.I.ピグメントレッド254とC.I.ピグメントイエロー139とC.I.ピグメントバイオレット23との混合有機顔料をアクリル樹脂に分散させたものを用いることができる。この場合、半値波長が約８００ｎｍの近赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２を形成することができる。
【０１３０】
上述した１４Ｂｌｋ２を含む各フィルタ１４Ｗ・１４Ｙ・１４Ｂｌｋ・１４Ｂｌｋ２の分光特性は、図２０のように示される。図２０において、ｃ１・ｃ２・ｃ３・ｃ４は、それぞれ透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・第１赤外フィルタ１４Ｂｌｋ・第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２の分光特性を示している。
【０１３１】
なお、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・第１赤外フィルタ１４Ｂｌｋ・第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２の１組が１画素に対応する。
【０１３２】
また、透明フィルタ１４Ｗ・黄フィルタ１４Ｙ・第１赤外フィルタ１４Ｂｌｋ・第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２をそれぞれＷ・Ｙ・Ｂｌｋ・Ｂｌｋ２として表記すると、例えば図１７に示すような配列状態のフィルタ１４が形成される。
【０１３３】
なお、本実施形態に係る撮像装置１０Ｔは、第２の実施形態に係る製造方法と同様の方法により製造することができる。
【０１３４】
演算装置２０Ｕは、第１の実施形態に係る演算装置２０と同様の機能を有するが、緑演算部２１Ｇと赤演算部２１Ｒとにおいて演算するデータが異なる。
【０１３５】
緑演算部２１Ｇにおいては、黄受光素子１２Ｙと第１黒受光素子１２Ｂｌｋとから電気信号を受け取る。その後、黄受光素子１２Ｙからの電気信号と、第１黒受光素子１２Ｂｌｋからの電気信号とを引き算処理し、黄フィルタ１４Ｙの半値波長と第1赤外フィルタ１４Ｂｌｋの半値波長との差分に対応する緑色領域の強度値を求める。なお、緑色領域の強度値は、緑色光のデータとして、作成部２２に送出される。
【０１３６】
赤演算部２１Ｒにおいては、第１黒受光素子１２Ｂｌｋと第２黒受光素子１２Ｂｌｋ２とから電気信号を受け取る。それから、第1黒受光素子１２Ｂｌｋから送出される電気信号と、第２黒受光素子１２Ｂｌｋ２から送出される電気信号とを引き算処理し、第1赤外フィルタ１４Ｂｌｋの半値波長と第２赤外フィルタ１４Ｂｌｋ２の半値波長との差分に対応する赤色領域の強度値を求める。なお、赤色領域の強度値は、赤色光のデータとして、作成部２２に送出される。
【０１３７】
上述した構成により、各受光素子１２Ｗ・１２Ｙ・１２Ｂｌｋ・１２Ｂｌｋ２により得られた光の電気信号をそれぞれＷ・Ｙ・Ｂｌｋ・Ｂｌｋ２とし、３原色の青色光・緑色光・赤色光の強度値をそれぞれＢ・Ｇ’・Ｒ’とすると、下式（４）〜（６）に示される演算式が成立する。
【０１３８】
Ｂ＝Ｗ−Ｙ  …（４）
Ｇ’＝Ｙ−Ｂｌｋ  …（５）
Ｒ’＝Ｂｌｋ−Ｂｌｋ２  …（６）
この結果、図２１に分光特性が示されるような「見かけ上の青（Ｂ）・緑（Ｇ’）・赤（Ｒ’）のカラーフィルタ」を有する光センサ５Ｕを提供することができる。すなわち、本実施形態に係る光センサ５Ｕは、図２１に示す分光特性を有する青フィルタｄ１・緑フィルタｄ２・赤フィルタｄ３を備えた光センサと見かけ上、同一の光を抽出する。
【０１３９】
なお、緑演算部２１Ｇにより求められる緑色光の強度値（Ｇ’）は、人間の目の視感度に合わせた照度センサの信号として用いることができる。また、本発明の光センサは、透過特性の異なるフィルタで得られた信号同士を引き算することで所定の波長領域の光を抽出できるため、所定の波長領域の光を発するように設定したＬＥＤ発光素子と組み合わせれば、良好な光スイッチを形成することができる。
【０１４０】
＜第６の実施形態＞
図２２は本発明の第６の実施形態に係る光センサ５Ｖの構成を示す模式図である。
【０１４１】
本実施形態に係る光センサ５Ｖは、第５の実施形態に係る演算部２０Ｕに、照度変換部５０をさらに備える。
【０１４２】
照度変換部５０は、画像情報の照度を、緑色光の強度データに対応して変換させるものである。具体的には、緑演算部２１Ｇにより演算される緑色光の強度値が、予め設定された緑色光の強度値を超えると、照度変換部５０が出力部２３の明るさ等を調整する機能を有する。
【０１４３】
上述したように本実施形態に係る光センサ５Ｖは、照度変換部５０を備えるので、光センサの置かれた環境等に応じて、出力部２３の明るさ等を調整し得る光センサ５Ｖを提供できる。例えば、光センサが室内蛍光灯であるか外光（太陽）であるかを認識したり、曇天であるか晴天であるかを認識したりして、ディスプレイの明るさ、あるいはカメラ画像を色調整することに応用できる。
【０１４４】
＜その他＞
本発明は検出する特定の波長域として紫外線、可視域、赤外域というように広範囲な波長域を高感度で抽出することが可能であるため、太陽光を含め各種の光源に対応できる光センサを提供することが可能である。
【０１４５】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光センサ５の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態におけるフィルタを入射光側から見たときの配列状態の概念を示す図である。
【図３】同実施形態における撮像装置１０のＩ−Ｉ'断面図である。
【図４】同実施形態における撮像装置１０のＩＩ−ＩＩ'断面図である。
【図５】同実施形態に係る各フィルタ１４Ｗ・１４Ｙ・１４Ｒ・１４Ｂｌｋの分光特性を示す図である。
【図６】同実施形態に係る光センサ５の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】同実施形態に係る光センサ５と同一の光を抽出するフィルタの分光特性を示す図である。
【図８】撮像装置における波長と相対出力値との関係を示す図である。
【図９】撮像装置における波長と透過率との関係を示す図である。
【図１０】人間の視覚感度と、撮像装置の感度（ＳＰＤ感度）と、理想的な赤外線カットフィルタとにおける波長および透過率の関係を示す図である。
【図１１】反射型の赤外線カットフィルタと吸収型の赤外線カットフィルタとにおける光の波長と透過率との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１０の製造方法を説明するための工程図である。
【図１３】同実施形態に係る撮像装置１０の製造方法を説明するための工程図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る光センサ５Ｓの構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る光センサ５Ｔの構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る光センサ５Ｕの構成を示す模式図である。
【図１７】同実施形態におけるフィルタを入射光側から見たときの配列状態の概念を示す図である。
【図１８】同実施形態における撮像装置１０ＵのＩＩＩ−ＩＩＩ'断面図である。
【図１９】同実施形態における撮像装置１０ＵのＩＶ−ＩＶ'断面図である。
【図２０】同実施形態に係る各フィルタ１４Ｗ・１４Ｙ・１４Ｂｌｋ・１４Ｂｌｋ２の分光特性を示す図である。
【図２１】同実施形態に係る光センサ５Ｕと同一の光を抽出するフィルタの分光特性を示す図である。
【図２２】本発明の第６の実施形態に係る光センサ５Ｖの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４７】
５…光センサ、１０…撮像装置、２０…演算装置、１１…基板、１２…受光素子、
１２Ｗ…白受光素子、１２Ｙ…黄受光素子、１２Ｒ…赤受光素子、
１２Ｂｌｋ…第１黒受光素子、１２Ｂｌｋ２…第２黒受光素子、１３…平坦化層、
１４…フィルタ、１４Ｗ…透明フィルタ、１４Ｙ…黄フィルタ、１４Ｒ…赤フィルタ、
１４Ｂｌｋ…第１赤外フィルタ、１４Ｂｌｋ２…第２赤外フィルタ、
１５…マイクロレンズ、２０…演算装置、２１Ｂ…青演算部、２１Ｇ…緑演算部、
２１Ｒ…赤演算部、２２…作成部、２３…出力部、３０…温度分布計測部、
３１…温度分布作成部、４０…赤外線投射部、４１…計測部、５０…照度変換部。
【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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