JP2003018476A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に
設けた、固体撮像装置であって、各画素に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供する。 【解決手段】 予め決めた特定の光学系の状態で、各マ
イクロレンズの中心の位置を、それぞれ、カメラレンズ
の射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入射される
光線は、マイクロレンズへ入射する境界において、境界
両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後直
進し、感光部の中心に至る光路をとるものと想定して、
近似的に求められた前記光線の光路上あるいはほぼ該光
路上に、設けたものである。
設けた、固体撮像装置であって、各画素に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供する。 【解決手段】 予め決めた特定の光学系の状態で、各マ
イクロレンズの中心の位置を、それぞれ、カメラレンズ
の射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入射される
光線は、マイクロレンズへ入射する境界において、境界
両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後直
進し、感光部の中心に至る光路をとるものと想定して、
近似的に求められた前記光線の光路上あるいはほぼ該光
路上に、設けたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズを通った光
が結像する面に固体撮像素子を２次元的に配列させるこ
とによって、画素ごとの輝度という形で動画または静止
画を得る撮像装置に関し、例えば、デジタルスチルカメ
ラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話に組み込まれるカ
メラ、防犯用監視カメラなどに関する。
が結像する面に固体撮像素子を２次元的に配列させるこ
とによって、画素ごとの輝度という形で動画または静止
画を得る撮像装置に関し、例えば、デジタルスチルカメ
ラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話に組み込まれるカ
メラ、防犯用監視カメラなどに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ、携帯電
話の普及に伴い、パーソナルコンピュータ用の液晶ディ
スプレイ、携帯電話用の液晶ディスプレイの需要が増加
する傾向にあり、これらと関連付けて用いられる撮像装
置、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカ
メラ、携帯電話に組み込まれるカメラ、防犯用関しカメ
ラなどの撮像装置も益々その用途が広くなり、需要が増
加する傾向にある。これら撮像装置には、通常、ＣＣＤ
等の受光素子として固体撮像素子が用いられているが、
半導体製造技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の
微細化が一段と進み、益々、撮影画像の高画質化が求め
られている。
話の普及に伴い、パーソナルコンピュータ用の液晶ディ
スプレイ、携帯電話用の液晶ディスプレイの需要が増加
する傾向にあり、これらと関連付けて用いられる撮像装
置、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカ
メラ、携帯電話に組み込まれるカメラ、防犯用関しカメ
ラなどの撮像装置も益々その用途が広くなり、需要が増
加する傾向にある。これら撮像装置には、通常、ＣＣＤ
等の受光素子として固体撮像素子が用いられているが、
半導体製造技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の
微細化が一段と進み、益々、撮影画像の高画質化が求め
られている。
【０００３】このような中、ＣＣＤ等の固体撮像素子を
用いた固体撮像装置においては、更に高感度化が求めら
れているが、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前
に設けて、固体撮像素子の各画素に入射する光量を効率
的に得て感度を向上させる方法が、感度を増す方法の１
つとして、広く知られている。特開昭６３−２２９８５
１号公報には、デバイスの制約上、固体撮像素子（の受
光部である画素）を隙間なく並べることができないた
め、限定された面積の固体撮像素子（の画素）への集光
率を向上させるために、各固体撮像素子（の画素）に対
応したマイクロレンズを用いる方法が記載されている。
特開平３−１７５４０３号公報には、各固体撮像素子
（の画素）の中心からの法線上にマイクロレンズの中心
を配置した場合、周辺部では、光が斜めに入射するため
に集光率が下がり、結果として周辺部の位画像が得られ
るという問題を解決するため、固体撮像素子（の画素）
に対応するマイクロレンズの位置は周辺部へいくほど中
心側にずらす方法が記載されている。
用いた固体撮像装置においては、更に高感度化が求めら
れているが、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前
に設けて、固体撮像素子の各画素に入射する光量を効率
的に得て感度を向上させる方法が、感度を増す方法の１
つとして、広く知られている。特開昭６３−２２９８５
１号公報には、デバイスの制約上、固体撮像素子（の受
光部である画素）を隙間なく並べることができないた
め、限定された面積の固体撮像素子（の画素）への集光
率を向上させるために、各固体撮像素子（の画素）に対
応したマイクロレンズを用いる方法が記載されている。
特開平３−１７５４０３号公報には、各固体撮像素子
（の画素）の中心からの法線上にマイクロレンズの中心
を配置した場合、周辺部では、光が斜めに入射するため
に集光率が下がり、結果として周辺部の位画像が得られ
るという問題を解決するため、固体撮像素子（の画素）
に対応するマイクロレンズの位置は周辺部へいくほど中
心側にずらす方法が記載されている。
【０００４】更に、マイクロレンズの位置ずらし量につ
いては、種々の提案がなされており、例えば、特開平５
−３４６５５６号公報には、カメラレンズの射出瞳中心
と固体撮像素子（の画素）中心とを結ぶ線上にマイクロ
レンズ中心を配置する方法の記載があり、特開平１０−
３２７６２号公報には、カメラレンズの中心と固体撮像
素子（の画素）中心とを結ぶ線上にマイクロレンズ中心
を配置した方法の記載がある。しかし、上記２つのずら
し量の決め方は、マイクロレンズによる屈折の効果が考
慮されていないため、結果としてずらし量が大きくなり
すぎるという問題があった。
いては、種々の提案がなされており、例えば、特開平５
−３４６５５６号公報には、カメラレンズの射出瞳中心
と固体撮像素子（の画素）中心とを結ぶ線上にマイクロ
レンズ中心を配置する方法の記載があり、特開平１０−
３２７６２号公報には、カメラレンズの中心と固体撮像
素子（の画素）中心とを結ぶ線上にマイクロレンズ中心
を配置した方法の記載がある。しかし、上記２つのずら
し量の決め方は、マイクロレンズによる屈折の効果が考
慮されていないため、結果としてずらし量が大きくなり
すぎるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来、
マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に設けた、固
体撮像装置においては、マイクロレンズによる屈折の効
果を考慮して、マイクロレンズの位置ずらし量を決めて
いないため、固体撮像素子の各画素に入射する光量を、
十分に効率的に得て感度を向上させているとは言えず、
この対応が求められていた。本発明は、これに対応する
もので、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に設
けた、固体撮像装置であって、各画素に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供しようとするものである。同時に、カラーフィルタ
を、各マイクロレンズと各固体撮像素子の画素間に設け
る場合、更に、カラーフィルタ、開口部を有する遮光板
を、各マイクロレンズと各固体撮像素子の感光部間に設
ける場合についても、同様に、感光部に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供しようとするものである。
マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に設けた、固
体撮像装置においては、マイクロレンズによる屈折の効
果を考慮して、マイクロレンズの位置ずらし量を決めて
いないため、固体撮像素子の各画素に入射する光量を、
十分に効率的に得て感度を向上させているとは言えず、
この対応が求められていた。本発明は、これに対応する
もので、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に設
けた、固体撮像装置であって、各画素に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供しようとするものである。同時に、カラーフィルタ
を、各マイクロレンズと各固体撮像素子の画素間に設け
る場合、更に、カラーフィルタ、開口部を有する遮光板
を、各マイクロレンズと各固体撮像素子の感光部間に設
ける場合についても、同様に、感光部に入射する光量
を、より効率的に得て感度を向上させた固体撮像装置を
提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、撮
像用のカメラレンズと、感光部を二次元配列させた固体
撮像素子と、固体撮像素子の各感光部に対応してそれぞ
れマイクロレンズを配列させたマイクロレンズアレイと
を備え、これらを光入射側から撮像用のカメラレンズ、
マイクロレンズアレイ、固体撮像素子の順に配設した撮
像装置であって、予め決めた特定の光学系の状態で、各
マイクロレンズの中心の位置を、それぞれ、カメラレン
ズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入射され
る光線は、マイクロレンズへ入射する境界において、境
界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後
直進し、感光部の中心に至る光路をとるものと想定し
て、近似的に求められた前記光線の光路上あるいはほぼ
該光路上に、設けたものであることを特徴とするもので
ある。そして、上記において、予め決めた特定の光学系
の状態で、カメラレンズの光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方
向に直交する平面上の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つの方
向の位置で表し、且つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向
位置を（０、０）とし、中心のＸ方向、Ｙ方向位置が
（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感光部に対応するマイ
クロレンズの中心位置を（ｘ＋ΔｘML、ｙ＋ΔｙML）と
し、カメラレンズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳中
心からマイクロレンズ中心に至る距離をＬ、同じく光軸
上でマイクロレンズ中心から固体撮像素子の感光部中心
に至る距離をｈML、空気の屈折率をｎ1 、マイクロレン
ズ材料の屈折率をｎ2 とした場合、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ として、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応
させていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈ
ML≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
像用のカメラレンズと、感光部を二次元配列させた固体
撮像素子と、固体撮像素子の各感光部に対応してそれぞ
れマイクロレンズを配列させたマイクロレンズアレイと
を備え、これらを光入射側から撮像用のカメラレンズ、
マイクロレンズアレイ、固体撮像素子の順に配設した撮
像装置であって、予め決めた特定の光学系の状態で、各
マイクロレンズの中心の位置を、それぞれ、カメラレン
ズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入射され
る光線は、マイクロレンズへ入射する境界において、境
界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後
直進し、感光部の中心に至る光路をとるものと想定し
て、近似的に求められた前記光線の光路上あるいはほぼ
該光路上に、設けたものであることを特徴とするもので
ある。そして、上記において、予め決めた特定の光学系
の状態で、カメラレンズの光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方
向に直交する平面上の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つの方
向の位置で表し、且つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向
位置を（０、０）とし、中心のＸ方向、Ｙ方向位置が
（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感光部に対応するマイ
クロレンズの中心位置を（ｘ＋ΔｘML、ｙ＋ΔｙML）と
し、カメラレンズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳中
心からマイクロレンズ中心に至る距離をＬ、同じく光軸
上でマイクロレンズ中心から固体撮像素子の感光部中心
に至る距離をｈML、空気の屈折率をｎ1 、マイクロレン
ズ材料の屈折率をｎ2 とした場合、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ として、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応
させていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈ
ML≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
【０００７】また、上記において、所定の着色層からな
るカラーフィルタを各マイクロレンズ、固体撮像素子の
感光部間に有するもので、予め決めた特定の光学系の状
態で、各カラーフィルタの中心位置を、それぞれ、カメ
ラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入
射される光線は、その境界において、両者の屈折率の違
いに対応して屈折し、その後直進し、感光部の中心に至
る光路をとるものと想定して、近似的に求められた前記
光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設けたものであ
ることを特徴とするものである。そして、上記におい
て、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレンズの
光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上の位置
をＸ方向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且つ、射
出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）とし、中
心のＸ方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素
子の感光部に対応するカラーフィルタの中心位置を（ｘ
＋ΔｘCF、ｙ＋ΔｙCF）とし、カメラレンズの光軸上
で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ中心
に至る距離をＬ、同じく光軸上でカラーフィルタ中心か
ら固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈCF、空気の
屈折率をｎ1 、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ2 とし
た場合、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈML
≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
るカラーフィルタを各マイクロレンズ、固体撮像素子の
感光部間に有するもので、予め決めた特定の光学系の状
態で、各カラーフィルタの中心位置を、それぞれ、カメ
ラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心に入
射される光線は、その境界において、両者の屈折率の違
いに対応して屈折し、その後直進し、感光部の中心に至
る光路をとるものと想定して、近似的に求められた前記
光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設けたものであ
ることを特徴とするものである。そして、上記におい
て、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレンズの
光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上の位置
をＸ方向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且つ、射
出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）とし、中
心のＸ方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素
子の感光部に対応するカラーフィルタの中心位置を（ｘ
＋ΔｘCF、ｙ＋ΔｙCF）とし、カメラレンズの光軸上
で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ中心
に至る距離をＬ、同じく光軸上でカラーフィルタ中心か
ら固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈCF、空気の
屈折率をｎ1 、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ2 とし
た場合、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈML
≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
【０００８】そして、上記において、開口部を有する遮
光板を各マイクロレンズ、固体撮像素子の感光部間に開
口部を対応させて設けたもので、予め決めた特定の光学
系の状態で、各遮光板の開口部の中心位置を、それぞ
れ、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの
中心に入射される光線は、その境界において、両者の屈
折率の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光部の
中心に至る光路をとるものと想定して、近似的に求めら
れた前記光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設けた
ものであることを特徴とするものである。そして、上記
において、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレ
ンズの光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上
の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且
つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）と
し、中心のＸ方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体
撮像素子の感光部に対応する遮光板の開口部の中心位置
を（ｘ＋ΔｘTM、ｙ＋ΔｙTM）とし、カメラレンズの光
軸上で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ
中心に至る距離をＬ、同じく光軸上でカラーフィルタ中
心から固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈTM、空
気の屈折率をｎ1 、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ2
とした場合、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈML
≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
光板を各マイクロレンズ、固体撮像素子の感光部間に開
口部を対応させて設けたもので、予め決めた特定の光学
系の状態で、各遮光板の開口部の中心位置を、それぞ
れ、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの
中心に入射される光線は、その境界において、両者の屈
折率の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光部の
中心に至る光路をとるものと想定して、近似的に求めら
れた前記光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設けた
ものであることを特徴とするものである。そして、上記
において、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレ
ンズの光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上
の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且
つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）と
し、中心のＸ方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体
撮像素子の感光部に対応する遮光板の開口部の中心位置
を（ｘ＋ΔｘTM、ｙ＋ΔｙTM）とし、カメラレンズの光
軸上で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ
中心に至る距離をＬ、同じく光軸上でカラーフィルタ中
心から固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈTM、空
気の屈折率をｎ1 、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ2
とした場合、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものであり、更に、ｎ1 ｈML
≪ｎ2 Ｌであることより、さらに、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とするものである。
【０００９】ここで、「予め決めた特定の光学系の状
態」とは、撮像装置が光学系固定の場合は、その光学系
の状態で、また、撮像装置が光学系固定でなく可変の場
合は、使用目的により予め決められた特定の光学系の状
態で、と言う意味である。撮像装置が光学系可変の場
合、例えば、重要とする倍率に合せた光学系、あるいは
また、倍率を所定の範囲で使用する場合、その範囲に対
応して決める光学系を特定の光学系とする。また、通
常、マイクロレンズと、マイクロレンズを通過した光が
固体撮像素子の感光部に至るまでの材質（図１における
平坦化層１７１、１７２に相当）とは、いずれも、屈折
率が同程度（ｎ＝１. ４〜１. ６）で、これらの屈折率
の差が、空気の屈折率（ｎ＝１）とマイクロレンズとの
屈折率の差より十分小さいものであり、本発明は、この
ような関係を前提としている。
態」とは、撮像装置が光学系固定の場合は、その光学系
の状態で、また、撮像装置が光学系固定でなく可変の場
合は、使用目的により予め決められた特定の光学系の状
態で、と言う意味である。撮像装置が光学系可変の場
合、例えば、重要とする倍率に合せた光学系、あるいは
また、倍率を所定の範囲で使用する場合、その範囲に対
応して決める光学系を特定の光学系とする。また、通
常、マイクロレンズと、マイクロレンズを通過した光が
固体撮像素子の感光部に至るまでの材質（図１における
平坦化層１７１、１７２に相当）とは、いずれも、屈折
率が同程度（ｎ＝１. ４〜１. ６）で、これらの屈折率
の差が、空気の屈折率（ｎ＝１）とマイクロレンズとの
屈折率の差より十分小さいものであり、本発明は、この
ような関係を前提としている。
【００１０】
【作用】本発明の撮像装置は、このような構成にするこ
とにより、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に
設けた、固体撮像装置で、固体撮像素子の各感光部に入
射する光量を、より効率的に得て感度を向上させること
ができる固体撮像装置の提供を可能としている。同時
に、カラーフィルタを、各マイクロレンズと固体撮像素
子の各感光部画素間に設ける場合、更に、開口部を有す
る遮光板とを、各マイクロレンズと各固体撮像素子の画
素間に設ける場合についても、同様に、固体撮像素子の
各感光部に入射する光量を、より効率的に得て感度を向
上させることができる固体撮像装置の提供を可能として
いる。具体的には、予め決めた特定の光学系の状態で、
カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心
に入射される光線は、マイクロレンズへ入射する境界に
おいて、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折
し、その後直進し、感光部の中心に至る光路をとるもの
と想定して、近似的に求められた前記光線の光路上ある
いはほぼ該光路上に、対応する各マイクロレンズを、更
にカラーフィルタを、更にまた遮光板の開口部を設ける
ことにより、これを達成している。このようにしている
ことにより、撮像装置の感度を上げることができるが、
これに加え、画像品質の向上が期待できる。即ち、固体
撮像素子の感光部の場所による感度むら等に因るゆるや
かな信号変化（シェーディング）の面でも特性の良い撮
像装置の提供が可能となる。そして、例えば、カラーフ
ィルタを設けた撮像装置の場合には、各カラーフィルタ
を通過した光が効率的に対応する固体撮像素子の感光部
に到達するため、結果的に、隣接する各色同士の混色
を、従来より少なくすることができる。
とにより、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前に
設けた、固体撮像装置で、固体撮像素子の各感光部に入
射する光量を、より効率的に得て感度を向上させること
ができる固体撮像装置の提供を可能としている。同時
に、カラーフィルタを、各マイクロレンズと固体撮像素
子の各感光部画素間に設ける場合、更に、開口部を有す
る遮光板とを、各マイクロレンズと各固体撮像素子の画
素間に設ける場合についても、同様に、固体撮像素子の
各感光部に入射する光量を、より効率的に得て感度を向
上させることができる固体撮像装置の提供を可能として
いる。具体的には、予め決めた特定の光学系の状態で、
カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの中心
に入射される光線は、マイクロレンズへ入射する境界に
おいて、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折
し、その後直進し、感光部の中心に至る光路をとるもの
と想定して、近似的に求められた前記光線の光路上ある
いはほぼ該光路上に、対応する各マイクロレンズを、更
にカラーフィルタを、更にまた遮光板の開口部を設ける
ことにより、これを達成している。このようにしている
ことにより、撮像装置の感度を上げることができるが、
これに加え、画像品質の向上が期待できる。即ち、固体
撮像素子の感光部の場所による感度むら等に因るゆるや
かな信号変化（シェーディング）の面でも特性の良い撮
像装置の提供が可能となる。そして、例えば、カラーフ
ィルタを設けた撮像装置の場合には、各カラーフィルタ
を通過した光が効率的に対応する固体撮像素子の感光部
に到達するため、結果的に、隣接する各色同士の混色
を、従来より少なくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の例を図に基
づいて説明する。図１は本発明の撮像装置の実施の形態
の１例の概略図で、図２は図１の一部拡大図である。
尚、図１においては、カメラレンズ、絞り（アパーチャ
とも言う）等を省略して示しており、図１における光路
１６０、１６５は、カメラレンズの射出瞳の中心１２０
を通過し、固体撮像装置の感光部１１１の中心に至る光
の光路である。図１〜図２中、１１０は固体撮像素子、
１１１は感光部（画素部とも言う）、１２０は射出瞳中
心、１２１は射出瞳面、１３０はマイクロレンズ、１４
０はカラーフィルタ、１４１〜１４３は（各色の）カラ
ーフィルタ、１５０は遮光板、１５１は開口部、１６
０、１６５は光路、１７１、１７２は平坦化層、１８０
は空気、１９０はセルである。
づいて説明する。図１は本発明の撮像装置の実施の形態
の１例の概略図で、図２は図１の一部拡大図である。
尚、図１においては、カメラレンズ、絞り（アパーチャ
とも言う）等を省略して示しており、図１における光路
１６０、１６５は、カメラレンズの射出瞳の中心１２０
を通過し、固体撮像装置の感光部１１１の中心に至る光
の光路である。図１〜図２中、１１０は固体撮像素子、
１１１は感光部（画素部とも言う）、１２０は射出瞳中
心、１２１は射出瞳面、１３０はマイクロレンズ、１４
０はカラーフィルタ、１４１〜１４３は（各色の）カラ
ーフィルタ、１５０は遮光板、１５１は開口部、１６
０、１６５は光路、１７１、１７２は平坦化層、１８０
は空気、１９０はセルである。
【００１２】本発明の撮像装置の実施の形態の１例を、
図１、図２に基づいて説明する。本例の撮像装置は、撮
像用のカメラレンズと、感光部１１１を二次元配列させ
た固体撮像素子１１０と、固体撮像素子１１０の各感光
部１１１に対応してそれぞれマイクロレンズ１３０を配
設したマイクロレンズアレイと、各対応するマイクロレ
ンズ１３０と固体撮像素子１１０の各感光部１１１間
に、所定の色のカラーフィルタ１４０と遮光板１５０と
を有し、これらを光入射側から撮像用のカメラレンズ１
２０、マイクロレンズアレイ１３０、カラーフィルタ１
４０、遮光板１５０、固体撮像素子１１０の順に所定位
置に配設した、光学系が固定の撮像装置である。各マイ
クロレンズの１３０の中心の位置、各カラーフィルタ１
４０の中心の位置、各遮光板１５０の中心の位置を、そ
れぞれ、カメラレンズの射出瞳中心１２０から各マイク
ロレンズの中心に入射される光線は、マイクロレンズ１
３０へ入射する境界において、境界両側の材質の屈折率
の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光部１１１
の中心に至る光路（図１、図２の１６０、１６５に相
当）をとるものと想定して、近似的に求められた前記光
線の光路上にほぼ相当する位置に設けたものである。こ
のように、マイクロレンズの１３０の中心の位置、各カ
ラーフィルタ１４０の中心の位置、各遮光板１５０の中
心の位置を設定することにより、従来のものより、より
効率的にカメラレンズの射出瞳からの光量を固体撮像素
子の感光部に得ることができるものとしている。通常、
マイクロレンズ１３０、平坦化層１７１、１７２はいず
れも屈折率が同程度（ｎ＝１. ４〜１. ６）で、これら
の屈折率の差が、空気１８０の屈折率（ｎ＝１）とマイ
クロレンズ１３０との屈折率の差より十分小さいが、本
例の撮像装置においても、このような関係が成立してい
る。
図１、図２に基づいて説明する。本例の撮像装置は、撮
像用のカメラレンズと、感光部１１１を二次元配列させ
た固体撮像素子１１０と、固体撮像素子１１０の各感光
部１１１に対応してそれぞれマイクロレンズ１３０を配
設したマイクロレンズアレイと、各対応するマイクロレ
ンズ１３０と固体撮像素子１１０の各感光部１１１間
に、所定の色のカラーフィルタ１４０と遮光板１５０と
を有し、これらを光入射側から撮像用のカメラレンズ１
２０、マイクロレンズアレイ１３０、カラーフィルタ１
４０、遮光板１５０、固体撮像素子１１０の順に所定位
置に配設した、光学系が固定の撮像装置である。各マイ
クロレンズの１３０の中心の位置、各カラーフィルタ１
４０の中心の位置、各遮光板１５０の中心の位置を、そ
れぞれ、カメラレンズの射出瞳中心１２０から各マイク
ロレンズの中心に入射される光線は、マイクロレンズ１
３０へ入射する境界において、境界両側の材質の屈折率
の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光部１１１
の中心に至る光路（図１、図２の１６０、１６５に相
当）をとるものと想定して、近似的に求められた前記光
線の光路上にほぼ相当する位置に設けたものである。こ
のように、マイクロレンズの１３０の中心の位置、各カ
ラーフィルタ１４０の中心の位置、各遮光板１５０の中
心の位置を設定することにより、従来のものより、より
効率的にカメラレンズの射出瞳からの光量を固体撮像素
子の感光部に得ることができるものとしている。通常、
マイクロレンズ１３０、平坦化層１７１、１７２はいず
れも屈折率が同程度（ｎ＝１. ４〜１. ６）で、これら
の屈折率の差が、空気１８０の屈折率（ｎ＝１）とマイ
クロレンズ１３０との屈折率の差より十分小さいが、本
例の撮像装置においても、このような関係が成立してい
る。
【００１３】本例の撮像装置では、各マイクロレンズの
１３０の位置、各カラーフィルタ１４０の位置、各遮光
板１５０の位置を、以下のように、決めて、それぞれ、
その位置に配置した。ここでは、カメラレンズの光軸方
向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上の位置をＸ方
向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且つ、射出瞳の
中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）とし、中心のＸ
方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感
光部に対応するマイクロレンズの中心位置を（ｘ＋Δｘ
ML、ｙ＋ΔｙML）とし、カラーフィルタの中心位置を
（ｘ＋ΔｘCF、ｙ＋ΔｙCF）とし、遮光板の開口部の中
心位置を（ｘ＋ΔｘTM、ｙ＋ΔｙTM）とし、カメラレン
ズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロ
レンズ中心に至る距離をＬ、同じく光軸上でマイクロレ
ンズ中心から固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈ
ML、空気の屈折率をｎ1 （≒１）、マイクロレンズ材料
の屈折率をｎ2 とする。ΔｘML、ΔｙMLはマイクロレン
ズの中心位置のずらし量、ΔｘCF、ΔｙCFはカラーフィ
ルタの中心位置のずらし量、ΔｘTM、ΔｙTMは遮光板の
開口部の中心位置のずらし量である。尚、マイクロレン
ズ１３０の屈折率とデバイス内の透過物質（平坦化層１
７１、１７２）の屈折率はほぼ等しいとし、これをｎ2
とする。固体撮像素子の表面で、Ｚ方向の位置ｚを０と
し、カメラレンズのある側をｚ＞０とする。尚、１個の
固体撮像素子（の画素）とそれに付随するマイクロレン
ズ、カラーフィルタ、開口部を有する遮光板、その他の
部品を包含する単位領域を、セル１９０と呼ぶ。いま、
任意の１つのセルに着目し、そのセルの固体撮像素子の
感光部１１１表面の中心のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位
置を（ｘ、ｙ、０）とする。そして、マイクロレンズ底
面のＺ座標をｈML、カラーフィルタの厚み中心のＺ座標
をｈCF、遮光板の開口部の中心のＺ座標をｈTMとする。
１３０の位置、各カラーフィルタ１４０の位置、各遮光
板１５０の位置を、以下のように、決めて、それぞれ、
その位置に配置した。ここでは、カメラレンズの光軸方
向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面上の位置をＸ方
向、Ｙ方向の２つの方向の位置で表し、且つ、射出瞳の
中心のＸ方向，Ｙ方向位置を（０、０）とし、中心のＸ
方向、Ｙ方向位置が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感
光部に対応するマイクロレンズの中心位置を（ｘ＋Δｘ
ML、ｙ＋ΔｙML）とし、カラーフィルタの中心位置を
（ｘ＋ΔｘCF、ｙ＋ΔｙCF）とし、遮光板の開口部の中
心位置を（ｘ＋ΔｘTM、ｙ＋ΔｙTM）とし、カメラレン
ズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロ
レンズ中心に至る距離をＬ、同じく光軸上でマイクロレ
ンズ中心から固体撮像素子の感光部中心に至る距離をｈ
ML、空気の屈折率をｎ1 （≒１）、マイクロレンズ材料
の屈折率をｎ2 とする。ΔｘML、ΔｙMLはマイクロレン
ズの中心位置のずらし量、ΔｘCF、ΔｙCFはカラーフィ
ルタの中心位置のずらし量、ΔｘTM、ΔｙTMは遮光板の
開口部の中心位置のずらし量である。尚、マイクロレン
ズ１３０の屈折率とデバイス内の透過物質（平坦化層１
７１、１７２）の屈折率はほぼ等しいとし、これをｎ2
とする。固体撮像素子の表面で、Ｚ方向の位置ｚを０と
し、カメラレンズのある側をｚ＞０とする。尚、１個の
固体撮像素子（の画素）とそれに付随するマイクロレン
ズ、カラーフィルタ、開口部を有する遮光板、その他の
部品を包含する単位領域を、セル１９０と呼ぶ。いま、
任意の１つのセルに着目し、そのセルの固体撮像素子の
感光部１１１表面の中心のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位
置を（ｘ、ｙ、０）とする。そして、マイクロレンズ底
面のＺ座標をｈML、カラーフィルタの厚み中心のＺ座標
をｈCF、遮光板の開口部の中心のＺ座標をｈTMとする。
【００１４】（ずらし量の計算方法）理想的には、射出
瞳中心１２０から着目セルのマイクロレンズ１３０中心
に当たった光線がマイクロレンズ表面で屈折して方向を
変え、固体撮像素子１１０の感光部１１１の中心（ｘ、
ｙ、０）に当たると想定して、射出瞳中心１２０から固
体撮像素子１１０の感光部１１１の中心に至る光路（図
１、図２の１６０、１６５に相当）を求め、このような
光路上の位置に、それぞれ、マイクロレンズ１３０の中
心、カラーフィルタ１４０の中心、遮光板の開口の中心
が配置されているものとし、それぞれの位置を求めるこ
とになる。ここでは、Ｓｎｅｌｌの法則を用い、光路
（図１、図２の１６０、１６５に相当）を決めることに
より、まず、マイクロレンズ１３０の適切なずらし位置
を求め、次いで、そこから、カラーフィルタ１４０およ
び遮光板１５０の開口１５５の適切なずらし位置を求め
る。複雑な計算を避けるため、種々の近似を行なう。そ
して、マイクロレンンズの厚みは無視して、あたかもマ
イクロレンズ底面で屈折するが如く扱う。
瞳中心１２０から着目セルのマイクロレンズ１３０中心
に当たった光線がマイクロレンズ表面で屈折して方向を
変え、固体撮像素子１１０の感光部１１１の中心（ｘ、
ｙ、０）に当たると想定して、射出瞳中心１２０から固
体撮像素子１１０の感光部１１１の中心に至る光路（図
１、図２の１６０、１６５に相当）を求め、このような
光路上の位置に、それぞれ、マイクロレンズ１３０の中
心、カラーフィルタ１４０の中心、遮光板の開口の中心
が配置されているものとし、それぞれの位置を求めるこ
とになる。ここでは、Ｓｎｅｌｌの法則を用い、光路
（図１、図２の１６０、１６５に相当）を決めることに
より、まず、マイクロレンズ１３０の適切なずらし位置
を求め、次いで、そこから、カラーフィルタ１４０およ
び遮光板１５０の開口１５５の適切なずらし位置を求め
る。複雑な計算を避けるため、種々の近似を行なう。そ
して、マイクロレンンズの厚みは無視して、あたかもマ
イクロレンズ底面で屈折するが如く扱う。
【００１５】先ず、マイクロレンズ１３０のずらし量Δ
ｘML、ΔｙMLを、次のようにして決める。ずらし量のＸ
成分、Ｙ成分については独立に計算できるので、以下で
は、Ｘ成分を、まず求めるために、Ｘ−Ｚ平面で考え
る。前述した光路１６０、１６５を通る光線のマイクロ
レンズ１３０への入射角をθ１、屈折角をθ２とする
と、Ｓｎｅｌｌの法則により、 ｎ1 ｓｉｎθ１＝ｎ2 ｓｉｎθ２ である。この式は、 ｎ1 （ｘ＋ΔｘML）／［（Ｌ2 ＋（ｘ＋ΔｘML）2 ］
1 /2＝ ｎ2 （−ΔｘML）／［ｈML 2 ＋ΔｘML 2 ］1/2 のように書き直せる。これを、ΔｘMLについて解こうと
すると、４次方程式となり、解くのが困難である。θ
１、θ２とも０に近いものとみなして、直角三角形の斜
辺を近似的に長辺で書き換え、siｎθ≒ｔａｎθという
近似を行なうと、上の方程式は、 ｎ1 （ｘ＋ΔｘML）／Ｌ＝ｎ2 （−ΔｘML）／ｈML となる。これを解いて、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （１） が得られる。
ｘML、ΔｙMLを、次のようにして決める。ずらし量のＸ
成分、Ｙ成分については独立に計算できるので、以下で
は、Ｘ成分を、まず求めるために、Ｘ−Ｚ平面で考え
る。前述した光路１６０、１６５を通る光線のマイクロ
レンズ１３０への入射角をθ１、屈折角をθ２とする
と、Ｓｎｅｌｌの法則により、 ｎ1 ｓｉｎθ１＝ｎ2 ｓｉｎθ２ である。この式は、 ｎ1 （ｘ＋ΔｘML）／［（Ｌ2 ＋（ｘ＋ΔｘML）2 ］
1 /2＝ ｎ2 （−ΔｘML）／［ｈML 2 ＋ΔｘML 2 ］1/2 のように書き直せる。これを、ΔｘMLについて解こうと
すると、４次方程式となり、解くのが困難である。θ
１、θ２とも０に近いものとみなして、直角三角形の斜
辺を近似的に長辺で書き換え、siｎθ≒ｔａｎθという
近似を行なうと、上の方程式は、 ｎ1 （ｘ＋ΔｘML）／Ｌ＝ｎ2 （−ΔｘML）／ｈML となる。これを解いて、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （１） が得られる。
【００１６】Ｙ成分についても、同様に、
ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ （２）
である。
【００１７】次に、マイクロレンズ１３０の中心と固体
撮像素子１１０の感光部１１１の中心とを結ぶ直線上に
カラーフィルタ１４０の中心および遮光板１５０の開口
部１５５の中心がおかれるという条件から、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （３） ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ （４） ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （５） ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ （６） が得られる。
撮像素子１１０の感光部１１１の中心とを結ぶ直線上に
カラーフィルタ１４０の中心および遮光板１５０の開口
部１５５の中心がおかれるという条件から、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （３） ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ （４） ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ （５） ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ （６） が得られる。
【００１８】（さらなる近似計算）上記で、ｘML、
ｙML、ｘCF、ｙCF、ｘTM、ｙTMの解の式において、ｈML
はＬに比べて十分に小さいとみなして０で置き換えれ
ば、近似的に、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （７） ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （８） ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （９） ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （１０） ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （１１） ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （１２） が得られる。本例では、このようにして求められた
（７）式〜（１２）式で表される、Δｘ ML、ΔｙMLをマ
イクロレンズの中心位置のずらし量、ΔｘCF、ΔｙCFを
カラーフィルタの中心位置のずらし量、ΔｘTM、ΔｙTM
を遮光板の開口部の中心位置のずらし量として、各マイ
クロレンズ、各カラーフィルタ、各遮光板の開口部を、
それぞれ、固体撮像素子の感光部に対応させて配置し
た。近似的に得られたずらし量は、いずれも、固体撮像
素子の感光部１１１の位置座標に比例するので、設計し
易い。
ｙML、ｘCF、ｙCF、ｘTM、ｙTMの解の式において、ｈML
はＬに比べて十分に小さいとみなして０で置き換えれ
ば、近似的に、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （７） ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （８） ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （９） ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （１０） ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ （１１） ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ （１２） が得られる。本例では、このようにして求められた
（７）式〜（１２）式で表される、Δｘ ML、ΔｙMLをマ
イクロレンズの中心位置のずらし量、ΔｘCF、ΔｙCFを
カラーフィルタの中心位置のずらし量、ΔｘTM、ΔｙTM
を遮光板の開口部の中心位置のずらし量として、各マイ
クロレンズ、各カラーフィルタ、各遮光板の開口部を、
それぞれ、固体撮像素子の感光部に対応させて配置し
た。近似的に得られたずらし量は、いずれも、固体撮像
素子の感光部１１１の位置座標に比例するので、設計し
易い。
【００１９】勿論、（１）式〜（６）式で表される、Δ
ｘML、ΔｙMLをマイクロレンズの中心位置のずらし量、
ΔｘCF、ΔｙCFをカラーフィルタの中心位置のずらし
量、ｘ TM、ΔｙTMを遮光板の開口部の中心位置のずらし
量として、各マイクロレンズ、各カラーフィルタ、各遮
光板の開口部を、それぞれ、固体撮像素子の感光部に対
応させて配置しても良い。尚、この場合も、得られたず
らし量は、いずれも、固体撮像素子の感光部１１１の位
置座標に比例するので、設計し易い。
ｘML、ΔｙMLをマイクロレンズの中心位置のずらし量、
ΔｘCF、ΔｙCFをカラーフィルタの中心位置のずらし
量、ｘ TM、ΔｙTMを遮光板の開口部の中心位置のずらし
量として、各マイクロレンズ、各カラーフィルタ、各遮
光板の開口部を、それぞれ、固体撮像素子の感光部に対
応させて配置しても良い。尚、この場合も、得られたず
らし量は、いずれも、固体撮像素子の感光部１１１の位
置座標に比例するので、設計し易い。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、上記のように、撮像装置の感
度を上げることができ、且つ、画像品質を向上させるこ
とができる、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前
に設けた、固体撮像装置の提供を可能にした。特に、混
色や画像の周辺部が暗くなるのを防止できる。
度を上げることができ、且つ、画像品質を向上させるこ
とができる、マイクロレンズアレイを固体撮像素子の前
に設けた、固体撮像装置の提供を可能にした。特に、混
色や画像の周辺部が暗くなるのを防止できる。
【図１】本発明の撮像装置の実施の形態の１例の概略図
である。
である。
【図２】図１の一部拡大図である。
１１０ 固体撮像素子
１１１ 感光部（画素部とも言う）
１２０ 射出瞳中心
１２１ 射出瞳面
１３０ マイクロレンズ
１４０ カラーフィルタ
１４１〜１４３ （各色の）カラーフィルタ
１５０ 遮光板
１５１ 開口部
１６０、１６５ 光路
１７１、１７２ 平坦化層
１８０ 空気
１９０ セル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 CA01 FA06
GB02 GC07 GD04
5C024 BX01 CX41 CY47 DX04 EX00
EX18 GY01
5C065 AA03 BB43 BB48 DD02 EE11
5F088 AA01 BB03 EA04 JA12 JA13
Claims (9)
- 【請求項１】 撮像用のカメラレンズと、感光部を二次
元配列させた固体撮像素子と、固体撮像素子の各感光部
に対応してそれぞれマイクロレンズを配列させたマイク
ロレンズアレイとを備え、これらを光入射側から撮像用
のカメラレンズ、マイクロレンズアレイ、固体撮像素子
の順に配設した撮像装置であって、予め決めた特定の光
学系の状態で、各マイクロレンズの中心の位置を、それ
ぞれ、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズ
の中心に入射される光線は、マイクロレンズへ入射する
境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応し
て屈折し、その後直進し、感光部の中心に至る光路をと
るものと想定して、近似的に求められた前記光線の光路
上あるいはほぼ該光路上に、設けたものであることを特
徴とする撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１において、予め決めた特定の光
学系の状態で、カメラレンズの光軸方向をＺ方向とし、
Ｚ方向に直交する平面上の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つ
の方向の位置で表し、且つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ
方向位置を（０、０）とし、中心のＸ方向、Ｙ方向位置
が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感光部に対応するマ
イクロレンズの中心位置を（ｘ＋ΔｘML、ｙ＋ΔｙML）
とし、カメラレンズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳
中心からマイクロレンズ中心に至る距離をＬ、同じく光
軸上でマイクロレンズ中心から固体撮像素子の感光部中
心に至る距離をｈML、空気の屈折率をｎ1 、マイクロレ
ンズ材料の屈折率をｎ2とした場合、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ として、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応
させていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項３】 請求項２において、ｎ1 ｈML≪ｎ2 Ｌで
あることより、さらに、近似計算により、 ΔｘML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙML＝−｛ｎ1 ｈML／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、マイクロレンズを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３において、所定の着色
層からなるカラーフィルタを各マイクロレンズ、固体撮
像素子の感光部間に有するもので、予め決めた特定の光
学系の状態で、各カラーフィルタの中心位置を、それぞ
れ、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレンズの
中心に入射される光線は、その境界において、両者の屈
折率の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光部の
中心に至る光路をとるものと想定して、近似的に求めら
れた前記光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設けた
ものであることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項５】 請求項４において、予め決めた特定の光
学系の状態で、カメラレンズの光軸方向をＺ方向とし、
Ｚ方向に直交する平面上の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つ
の方向の位置で表し、且つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ
方向位置を（０、０）とし、中心のＸ方向、Ｙ方向位置
が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感光部に対応するカ
ラーフィルタの中心位置を（ｘ＋ΔｘCF、ｙ＋ΔｙCF）
とし、カメラレンズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳
中心からマイクロレンズ中心に至る距離をＬ、同じく光
軸上でカラーフィルタ中心から固体撮像素子の感光部中
心に至る距離をｈCF、空気の屈折率をｎ1 、マイクロレ
ンズ材料の屈折率をｎ2とした場合、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項６】 請求項５において、ｎ1 ｈML≪ｎ2 Ｌで
あることより、さらに、近似計算により、 ΔｘCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙCF＝−｛ｎ1 ｈCF／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、カラーフィルタを固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６において、開口部を有
する遮光板を各マイクロレンズ、固体撮像素子の感光部
間に開口部を対応させて設けたもので、予め決めた特定
の光学系の状態で、各遮光板の開口部の中心位置を、そ
れぞれ、カメラレンズの射出瞳中心から各マイクロレン
ズの中心に入射される光線は、その境界において、両者
の屈折率の違いに対応して屈折し、その後直進し、感光
部の中心に至る光路をとるものと想定して、近似的に求
められた前記光線の光路上あるいはほぼ該光路上に、設
けたものであることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項８】 請求項７において、予め決めた特定の光
学系の状態で、カメラレンズの光軸方向をＺ方向とし、
Ｚ方向に直交する平面上の位置をＸ方向、Ｙ方向の２つ
の方向の位置で表し、且つ、射出瞳の中心のＸ方向，Ｙ
方向位置を（０、０）とし、中心のＸ方向、Ｙ方向位置
が（ｘ、ｙ）にある固体撮像素子の感光部に対応する遮
光板の開口部の中心位置を（ｘ＋ΔｘTM、ｙ＋ΔｙTM）
とし、カメラレンズの光軸上で、カメラレンズの射出瞳
中心からマイクロレンズ中心に至る距離をＬ、同じく光
軸上でカラーフィルタ中心から固体撮像素子の感光部中
心に至る距離をｈTM、空気の屈折率をｎ1 、マイクロレ
ンズ材料の屈折率をｎ2とした場合、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ1 ｈML＋ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項９】 請求項８において、ｎ1 ｈML≪ｎ2 Ｌで
あることより、さらに、近似計算により、 ΔｘTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｘ ΔｙTM＝−｛ｎ1 ｈTM／（ｎ2 Ｌ）｝ｙ とし、遮光板の開口部を固体撮像素子の感光部に対応さ
せていることを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001200535A JP2003018476A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 撮像装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001200535A JP2003018476A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 撮像装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003018476A true JP2003018476A (ja) | 2003-01-17 |
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|---|---|---|---|
| JP2001200535A Pending JP2003018476A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 撮像装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003018476A (ja) |
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- 2001-07-02 JP JP2001200535A patent/JP2003018476A/ja active Pending
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