フィルタ素子及びそれを含む撮像素子

技術概要

一方向に矩形上に特定周期で形成した凹面・凸面を含む第1の面構造と、同凹面・凸面を含む第2の面構造と、特定周期でスリットをと有する金属薄膜を、光透過性誘電体基板内に備えたフィルタ素子・撮像素子。

用途・応用

フィルタ、撮像素子、カメラ

背景

従来から表面プラズモン共鳴を利用したフィルタ素子が開発されている。 

例えば、金属薄膜にナノスケールの微細な貫通孔を配列して形成した構造を 

有するフィルタが知られている (下記非特許文献1参照)。 上記構造のフィ 

ルタでは、貫通孔の直径及び配列周期を制御することにより特定の波長域の 

光に対する透過波長の選択性を示す。 

 その他の構造のフィルタとして、 金属膜の片面に周期的に形成された同心 

円状の凹凸構造と、その凹凸構造の中心に設けられた微小孔とを有するもの 

が考案されている(下記特許文献1)。 さらに、 光の透過効率を上げるため 

の構成として、金属膜の両面に同一周期で周期的に形成された同心円状の凹 

凸構造とその凹凸構造の中心に設けられた微小孔とを有する光学素子も知ら 

れている(下記特許文献2)。 このような構造のフィルタも、凹凸構造の周 

期が制御されることで透過波長の選択性を示す。 

先行技術文献 

特許文献 

 特許文献1: 特開2000-171763号公報 

特許文献2: 特開2018-4694号公報 

非特許文献 

 非特許文献1: Yokogawa et al., 

“Plasmonic Color Filters for CMOS Im 

Nano Lett., 2012, 12 (8), pp 4349-4354, 

age Sensor Applications“, 

2012年7月

課題

 上述した従来のフィルタにおいては、 透過波長のさらなる狭帯域化と光透 

過率のさらなる向上が望まれている。 

 本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、 透過波長の狭帯域化、 

及び光透過率の向上を実現可能なフィルタ素子を提供することを目的とする

手段

上記課題を解決するため、 本発明の一形態にかかるフィルタ素子は、 光透 

過性を有する基板と、基板の主面に沿って形成される金属製の膜状部材とを 

備え、膜状部材は、一方の面及び一方の面の反対側の他方の面と外部との間 

で光を透過可能なように基板によって支持され、 基板の主面に沿った一方向 

に沿って等間隔で、一方向に略垂直な方向に折れ曲がるように形成されてお 

り、一方向に沿って交互に特定の周期で周期的に形成された凹面及び凸面を 

含む一方の面上の第1の面構造と、一方向に沿って交互に特定の周期で周期 

的に形成された凹面及び凸面を含む他方の面上の第2の面構造と、を有する 

或いは、本発明の他の形態にかかる撮像素子は、受光素子が二次元的に配 

列された半導体基板と、 半導体基板上で受光素子に対向するように配置され 

た上述のフィルタ素子と、を備える。 

 上記形態のフィルタ素子によれば、外部から膜状部材の一方の面に向けて 

光が入射すると、一方の面上において周期的な凹凸構造により分極が生じて 

表面プラズモン共鳴が励起される (カップリング) と同時に、これにより他 

方の面上においては一方の面上とは逆極性の分極が生じて表面プラズモン共 

鳴が誘起され、 誘起された表面プラズモン共鳴が伝搬光に変換されて (デカ 

ップリング)他方の面側から外部に出射される。 このように、膜状部材の両 

面に表面プラズモン共鳴を励起可能な構成を有することで、入射光の光透過 

率を向上させることができる。 加えて、 一方の面と他方の面との両面に凹面 

及び凸面とが同一周期で交互に並んだ構造を有しているので、 特定の波長帯 

域の入射光に対して膜状部材の両面で発生する表面プラズモンの共鳴性を高めることができる結果、入射光の透過波長の狭帯域化も実現することができ 

る。あるいは、上記他の形態の撮像素子によれば、 受光素子において高い光 

透過率で狭帯域の光を受光することができるので、波長選択性が高く、かつ 

高感度の撮像素子を実現することができる。 

 ここで、上記形態のフィルタ素子においては、基板は誘電体材料を含むこ 

とが好適である。 この場合、 表面プラズモンが効率的に励起され、 入射光の 

光透過率をより向上させることができる。

効果

本発明によれば、 透過波長の狭帯域化、及び光透過率の向上を実現できる

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