JP2007088851A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シェーディングを適切に抑制することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子１と、被写体の像を結像する撮像レンズとを具備する撮像装置であって、撮像素子１の受光素子領域の中心位置Ｐ_３ａから予め定められた結像の像高位置Ｐ_３ｂまでにおいては、受光素子領域の中心位置Ｐ_３ａからマイクロレンズ６_ｂ２の中心位置Ｐ_６ｂまでの距離ｘ_６ｂは、受光素子領域の中心位置Ｐ_３ａからフォトダイオード３_ｂの中心位置Ｐ_３ｂまでの距離ｘ_３ｂに第１のスケーリング比率を掛けた値であり、予め定められた結像の像高位置Ｐ_３ｂから受光素子領域の端までにおいては、受光素子領域の中心位置Ｐ_３ａからマイクロレンズ６_ｃ２の中心位置Ｐ_６ｃまでの距離ｘ_６ｃは、受光素子領域の中心位置Ｐ_３ａからフォトダイオード３_ｃの中心位置Ｐ_３ｃまでの距離ｘ_３ｃに第２のスケーリング比率を掛けた値である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の受光素子及び複数のマイクロレンズを主要な構成とする撮像素子とこの撮像素子に被写体の像を結像させる撮像レンズとを備えた撮像装置に関し、特に、撮像素子の外周側の受光素子が検出する光の輝度レベルが低下するシェーディングを抑制した撮像装置に関するものである。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｔａｎｃｅ）機器に搭載するために撮像装置の小型化が進められており、撮像装置に搭載される撮像素子及び撮像レンズも小型化される傾向にある。また、撮像素子の小型化によって各受光素子（各画素）のサイズも小さくなるので、集光効率を上げるために、各受光素子上に小型の集光レンズ（マイクロレンズ）が備えられている。

撮像レンズを小型化すると射出瞳位置が撮像素子に近づき、例えば、撮像素子が１／３型以下のものにおいては１０ｍｍ以下の短い射出瞳距離となり、各受光素子への入射光線の入射角も２５度〜３０度以下程度と大きくなる。しかし、マイクロレンズから受光素子までには、カラーフィルターや画素平滑部材などによって一定の距離が存在するため、撮像レンズを通してマイクロレンズに向けて斜めから大きな入射角で入射される光線を効率的に受光素子に集光することができず、撮像素子の外周側の受光素子が検出する光の輝度レベルが低下するシェーディングが生じるという問題があった。

この問題を解消するために、各受光素子上に配置されたマイクロレンズの中心位置を、撮像素子の中心位置に向けて少しずらして配置するスケーリング（例えば、０．９９倍）という技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、カラー撮像装置の場合に、マイクロレンズだけではなく、カラーフィルターも撮像素子の中心位置に向けて少しずらすという技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２６００２５０号公報（図１） 特許第３５５１４３７号公報（段落００２２） 特開２００４−１６３７８６号公報（段落００１５）

しかし、上記特許文献１及び２のいずれも、撮像素子の中心位置に向けて一定の比率でマイクロレンズの間隔を受光素子の間隔よりも短くするスケーリングを実施しているため、携帯電話用の撮像装置のように小型に特化したものでは、シェーディングの補正が不十分になることがあり、場合によっては、マイクロレンズのスケーリングがシェーディングを顕著にしてしまうことがあるという問題があった。

例えば、特許文献３に示されるように、レンズの光軸付近においては凹面形状であるが、レンズの像高中央部から最外周部までにおいては凸面形状である非球面レンズが撮像レンズに含まれている場合には、撮像素子に対する主光線の入射角は、結像の像高の増加にしたがって徐々に大きくなり、像高の途中で極大値となり、さらに像高が像高端（像高１００％）に向かうにしたがって小さくなる。このように結像の像高の途中で入射角が増加から減少に変わる場合（すなわち、撮像レンズが変曲点を持つ非球面レンズを含む場合）に、マイクロレンズを一定の比率を用いてスケーリング配置すると、結像の像高端付近においてシェーディングの補正が不十分になることがあった。

また、デジタル信号処理によってシェーディング補正を行う撮像装置において、シェーディング補正の補正係数の次数が低い場合（例えば、補正係数の次数が３次までである場合）には、補正によって、入射角の極大値付近の像位置の補正だけが不十分となり、輝度レベルの低いドーナッツ状の領域が受光素子領域上に現れてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、シェーディングを適切に抑制することができる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、複数の受光素子及び前記複数の受光素子に対応するように配置された複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、前記撮像素子に対して被写体の像を結像する撮像レンズとを具備する撮像装置であって、前記半導体基板の前記複数の受光素子が形成された受光素子領域の中心位置から前記マイクロレンズの中心位置までの距離は、前記受光素子領域の中心位置から前記受光素子の中心位置までの距離に第１のスケーリング比率を掛けた値であり、前記予め定められた結像の像高位置から前記受光素子領域の端までにおいては、前記受光素子領域の中心位置から前記マイクロレンズの中心位置までの距離は、前記受光素子領域の中心位置から前記受光素子の中心位置までの距離に前記第１のスケーリング比率とは異なる第２のスケーリング比率を掛けた値であることを特徴とするものである。

本発明によれば、撮像装置に具備されている撮像レンズの射出瞳位置が撮像素子に非常に近く、且つ撮像レンズを通過した光線の入射角が結像の像高の途中で増加から減少に変わる場合においても、シェーディングの発生を防止又はその度合いを抑制することができるという効果がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置を概略的に示す構成図である。図１に示されるように、実施の形態に係る撮像装置は、撮像素子１と、この撮像素子１の受光素子領域１ａに対して被写体（図１において、撮像レンズ１０の左側に存在する。）の像を結像する撮像レンズ１０とを具備している。なお、受光素子領域１ａとは、撮像素子１を構成する半導体基板に複数のフォトダイオードが配列された領域であり、一般的には、長方形の領域である。また、撮像レンズ１０の射出瞳位置は、撮像素子１よりも被写体側に位置する。

図１に示されるように、撮像レンズ１０は、撮像される物体側（被写体側）から正の第１レンズ１０ａと、開口絞り１０ｂと、正の第２レンズ１０ｃと、負の第３レンズ１０ｄとから構成されている。第３レンズ１０ｄは、非球面レンズである。第３レンズ１０ｄは、光軸ＡＸ付近において像面（撮像素子１側）に凹面を向け、その非球面が像高中央部付近に変曲点１０ｄ１を持ち、この変曲点１０ｄ１の外側において像面（撮像素子１側）に凸面を向けるように構成されている。そのため、第３レンズ１０ｄの光軸ＡＸ付近から像高中央部過ぎまでにおいては、像高の増大にしたがって射出瞳距離が徐々に短くなっていくが、像高中央部過ぎから最外周部までにおいては像高の増大にしたがって射出瞳距離が長くなっていく。すなわち、図１に示した第３レンズ１０ｄの像面側の面が凹面である部分においては、像高が増大するにしたがって射出瞳位置は撮像素子１に近づき、凸面の部分においては像高が増大するにしたがって射出瞳位置は撮像素子１から遠くなっていく。このように、撮像素子１に入射される光線の入射角は撮像素子１の受光素子領域１ａ内の位置によって、大きく変化し、その変化の方向も撮像レンズ１０を構成するレンズ形状の変曲点１０ｄ１を境にして大きく変化することとなる。そのため、撮像素子１に対する主光線の入射角は、光軸ＡＸからの像高が増大するにしたがって徐々に大きくなっていき、像高の途中で極大値となり、像高が増大して像高位置が像高端（像高１００％）に近づくにしたがって、小さくなっていく。

図２は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子１の一部を概略的に示す断面図である。図２に示されるように、撮像素子１は、半導体基板２と、この半導体基板２に形成された光電変換素子である複数のフォトダイオード（「受光素子」又は「画素」とも言う。）３と、半導体基板２上に備えられた遮光層４と、この遮光層４を含む領域を平滑化する平滑層５とを有している。また、平滑層５上には、入射光線ＩＬを効率よくフォトダイオード３に集光させるためのマイクロレンズ６が備えられている。撮像素子１の画素が小さくなると、遮光層４に対するフォトダイオード３の占める割合である開口率が小さくなり、感度が低下する。マイクロレンズ６は、撮像素子１の表面に入射した光を効率よくフォトダイオード３に導くことによって、感度の低下を抑制している。

以下の説明においては、遮光層４を画素分離且つ入射した光を遮光するための層として記載するが、撮像素子１がＣＣＤセンサーである場合には、遮光層４は、フォトダイオード３で発生した電荷を転送するための転送電極、電荷を読み出すための読み出しゲート、及び転送電極を遮光するための遮光幕などから構成（図示せず）される。また、撮像素子１がＭＯＳセンサーである場合には、遮光層４は、電荷を読み出すための読み出しゲート、及び信号転送線などから構成（図示せず）される。

図３は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子１のフォトダイオード３とマイクロレンズ６の位置関係を示す図である。なお、図において、個々のフォトダイオード３を区別して説明する場合には、符号３_ａ，３_ｂ，３_ｃを用いる。また、図において、個々のマイクロレンズ６を区別して説明する場合には、符号６_ａ１，６_ａ２，６_ｂ１，６_ｂ２，６_ｃ１，６_ｃ２を用いる。図３において、撮像レンズ１０（図１に示す）の射出瞳位置をＥＰ_Ａ，ＥＰ_Ｂ，ＥＰ_Ｃで示している。図３において、Ｐ_３ａ，Ｐ_３ｂ，Ｐ_３ｃはそれぞれのフォトダイオード３_ａ，３_ｂ，３_ｃの中心位置を示しており、Ｐ_３ａは光軸ＡＸ上のフォトダイオード３_ａの中心位置、Ｐ_３ｂは撮像レンズ１０で決まるある像高位置のフォトダイオード３_ｂの中心位置、Ｐ_３ｃは受光素子領域１ａ（図１に示す）の端で像高１００％の位置にあるフォトダイオード３の中心位置である。通常、撮像素子１の受光素子領域１ａは長方形であるため、撮像素子１の中心位置（本実施の形態においては受光素子領域１ａの中心位置でもある）、すなわち、像高Ｐ_３ａ，Ｐ_６ａの位置から最も距離の遠い端である、受光素子領域１ａの４つ角の位置が、受光素子領域１ａの端になる。

本実施の形態の撮像装置においては、撮像素子１の受光素子領域１ａ上に設けられた各マイクロレンズ６の位置は、撮像レンズ１０の射出瞳位置が近い場合は、撮像素子１に入射される光がテレセントリック（平行光）ではないため、斜めから入射された光も、効率よくフォトダイオード３に集光するため、撮像素子１の受光素子領域１ａの中心位置から周辺の領域へ近づくほど、マイクロレンズ６を受光素子領域１ａの中心位置（像高Ｐ_３ａ，Ｐ_６ａの位置）方向へずらして配置されている。

図３に示されるように、近軸（光軸ＡＸに近い領域であり、結像の像高がＰ_３ａ，Ｐ_６ａの位置）において、隣合うマイクロレンズ６_ａ１，６_ａ２の中心位置の間隔をｄ_６ａとし、結像の像高がＰ_３ｂの位置において、隣合うマイクロレンズ６_ｂ１，６_ｂ２の中心位置の間隔をｄ_６ｂとし、結像の像高がＰ_３ｃの位置において、隣合うマイクロレンズ６_ｃ１，６_ｃ２の中心位置の間隔をｄ_６ｃとする。また、図３に示されるように、光軸ＡＸから像高Ｐ_３ｂの位置のフォトダイオード３_ｂに入射光線を集光させるマイクロレンズ６_ｂ２の中心位置Ｐ_６ｂまでの距離をｘ_６ｂとし、光軸ＡＸから像高Ｐ_３ｃの位置のフォトダイオード３_ｃに入射光線を集光させるマイクロレンズ６_ｃ２の中心位置Ｐ_６ｃまでの距離をｘ_６ｃとする。

本実施の形態による撮像装置の撮像素子１において受光素子３上に設けられたマイクロレンズ６（すなわち、対応する受光素子３に入射光線を集光させるマイクロレンズ）は、光軸ＡＸから像高Ｐ_３ｂの位置までのマイクロレンズ６のスケーリング（拡大縮小）は斜めに入射された光線がフォトダイオード３に集光されるように、１よりも小さい第１の縮小比率（スケーリング比率）Ｍ１で配置されている。また、像高Ｐ_３ｂの位置から像高Ｐ_３ｃの位置までのマイクロレンズ６のスケーリング（拡大縮小）は、第１の縮小比率Ｍ１よりは大きい第２の縮小比率（スケーリング比率）Ｍ２又は１よりも大きい第３の縮小比率（スケーリング比率）Ｍ３で配置されている。

各マイクロレンズ６を以上のように配置することにより、図１に示されるような小型の撮像レンズ１０に対しても効率よく各フォトダイオード３に入射光線を集光することができる。なお、図３においては、入射光線の主光線がマイクロレンズ６を介してフォトダイオード３のほぼ中心へ入射されるようにマイクロレンズ６の位置を描いているが、実際の装置においては、入射光線には瞳の下側を通過する下方光線と、上側を通過する上方光線とがあるが、これら光線束がマイクロレンズ６を介してフォトダイオード３の中心へ向かうようにマイクロレンズ６を配置する。

図４は、比較例の撮像素子のフォトダイオード２３とマイクロレンズ２６の位置関係を示す図である。図４において、ｘ_２３ｃは受光素子領域の中心位置から像高端のフォトダイオード２３の中心位置までの距離（撮像素子の光学サイズで決まる距離）、Ｌは撮像レンズ（図示せず）の射出瞳位置から撮像素子までの距離（射出瞳距離）、Ｈはフォトダイオード２３からマイクロレンズ２６までの高さ、Δｘは受光素子領域端における補正量、Ｚは補正倍率である。このとき、補正倍率Ｚは式１で表され、補正量Δｘは式２で表される。
Ｚ＝（Ｌ−Ｈ）／Ｌ …式１
Δｘ＝ｘ_２３ｃ×Ｈ／Ｌ …式２
したがって、例えば、ｘ_２３ｃ＝２．４ｍｍ（１／３型光学フォーマット系）、Ｌ＝８ｍｍ、Ｈ＝５μｍの場合には、補正倍率Ｚは０．９９９４となり、補正量Δｘは１．２μｍとなる。なお、マイクロレンズ２６を受光素子領域の中心位置の方向（光軸ＡＸの方向）にずらして配置する製造方法としては、例えば、以下の２つの方法がある。第１の方法は、ある倍率（１未満）で縮小したフォトマスクを用いて、平滑層５の上に、マイクロレンズアレイ全体を形成する方法であり、第２の方法は、ウェハプロセスで用いる縮小露光装置（ステッパ）の縮小倍率を、通常の倍率よりさらに小さい倍率に設定して製造する方法である。図４に示される比較例の撮像素子においては、マイクロレンズ２６を受光素子領域の中心位置に向けて一律に縮小した配置（スケーリング）によって集光効率を上げ、シェーディングを防止することを目的としており、射出瞳位置がほぼ一定であり、光線の入射角がほぼ単純増加する場合には有効であったが、図１に示されるような近年よく用いられる非球面レンズを含む小型の撮像レンズを採用した構成においてはシェーディングの低減効果が不十分である。これに対し、本発明の撮像装置においては、非球面レンズを含む小型の撮像レンズを採用した構成においてもシェーディングを適切に抑制することができる。

図３に示されるように、本発明の実施の形態における撮像素子１の受光素子領域１ａの中心位置（結像の像高がＰ_３ａの位置）に対する撮像レンズ１０の射出瞳位置は、ＥＰ_Ａで示されている。撮像レンズ１０の第３レンズ１０ｄの表面形状が凹面から凸面に変わる変曲点１０ｄ１に対応する像高Ｐ_３ｂの位置おいては、その射出瞳位置はＥＰ_Ｂになり、よって、入射光線の入射角は、射出瞳位置がＥＰ_Ａである場合に比べて、大きな値となる。像高Ｐ_３ｂの位置から受光素子領域１ａの端の像高Ｐ_３ｃの位置向けて、射出瞳距離は逆に撮像素子１から離れていくため、受光素子領域の端の像高Ｐ_３ｃの位置においては、射出瞳位置はＥＰ_Ｃとなる。

図５は、本発明の実施の形態及び比較例の撮像レンズを用いた場合における結像の像高と入射光線の入射角θとの関係を示す図である。また、図６は、本発明の実施の形態及び比較例の撮像レンズを用いた場合における結像の像高と入射光線の受光強度との関係を示す図である。

図５に曲線Ｅ_１で示されるように、本発明の実施の形態における撮像レンズ１０（図１に示す）は、像高Ｐ_３ｂの位置において入射光線の入射角θが極大値を持つ。つまり、図１に示した撮像レンズ１０は、像高Ｐ_３ｂの位置で表すように、入射光線の入射角が０度付近においては（すなわち、光軸ＡＸに近い入射光線においては）、射出瞳位置はＥＰ_Ａであり、像高Ｐ_３ｂの位置においては射出瞳位置はＥＰ_Ｂで入射角は大きくなり、像高Ｐ_３ｂの位置を過ぎると射出瞳位置はＥＰ_Ｃで入射角は逆に小さくなっていく。これに対し、図５に曲線Ｄ_１で示されるように、比較例の撮像レンズでは、結像の像高が増加するにしたがって入射光線の入射角θが増加し、曲線Ｄ_１はほぼ直線である。射出瞳位置から受光素子領域までの距離をＬとし、像高位置をｘとすると、入射角θは、以下の式３で表される。
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｘ／Ｌ） …式３
ただし、入射角θが小さいときは、入射角θは像高位置ｘに対してほぼ比例する。

比較例の撮像レンズを持つ撮像装置の撮像素子を一律のスケーリング比率でスケーリングした場合には、図６に符号Ｄ_１０で示されるように、実線で示す受光強度特性が破線で示す受光強度特性にようになり、像高１００％に向けて徐々に受光強度レベルが小さくなっていくシェーディングが抑制される。また、図１に示される撮像レンズ１０を具備した撮像装置に対して、図６に符号Ｅ_１０で示されるように、実線で示す受光強度特性が破線で示す受光強度特性のようになり、像高Ｐ_３ｂの位置より外周側のシェーディング抑制に適した補正を行うと、全体の輝度レベルの低減は抑制されるが、像高Ｐ_３ｂの位置においては輝度レベルが急に変化する箇所が残り、画像中、輝度レベルの急な変化点がドーナッツの輪のように現れてしまい、画質の品位を著しく低下させてしまう。

そこで、本発明においては、入射光線の入射角に応じて、マイクロレンズ６のスケーリングの比率を変えてマイクロレンズ６を配置している。入射光線の入射角は撮像レンズ１０の射出瞳距離で決まるため、式１及び式２で示したマイクロレンズ６の配置の補正倍率Ｚと補正量Δｘは、以下の式４と式５で示される。
Ｚ（ｘ）＝（Ｌ（ｘ）−Ｈ）／Ｌ（ｘ） …式４
Δｘ（ｘ）＝ｘ_３ｃ×Ｈ／Ｌ（ｘ） …式５
ここで、射出瞳距離Ｌは受光素子領域の像高位置ｘの関数であるのでＬ（ｘ）で表し、補正倍率Ｚは受光素子領域の像高位置ｘの関数であるのでＺ（ｘ）で表し、補正量Δｘは受光素子領域の像高位置ｘの関数であるのでΔｘ（ｘ）で表している。

図７は、本発明の実施の形態及び比較例の撮像レンズを用いた場合における像高と補正倍率（スケーリング比率）を示す図である。また、図８（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子１の受光素子領域１ａの中心位置、像高中央部位置、外周近傍位置の入射光線を示す図である。

図７において、Ｄ_１は比較例における像高に対する入射光線の入射角であり、像高が大きくなるにしたがって入射光線の入射角も単純に増加する。この場合、撮像素子１の受光素子領域のマイクロレンズ６のスケーリングは概ね一律でよく、補正倍率（スケーリング比率）ＺとしてＤ_１１で示される０．９９９３が用いられ、入射角は直線Ｄ_１で表される。一方、図１に示した本発明の撮像レンズ１０を通過した光線の入射角は、図７において曲線Ｅ_１で表される。図７において、Ｅ_１１に示したマイクロレンズ６のスケーリングにおいては、像高Ｐ_３ｂの位置までは１より小さい第１のスケーリング比率Ｍ１でスケーリングを行い、像高Ｐ_３ｂの位置から像高端の位置までは１よりも大きな値である第３のスケーリング比率Ｍ３でスケーリングを行う。より具体的に説明すれば、受光素子領域１ａの中心位置Ｐ_３ａ、Ｐ_６ａから予め定められた結像の像高Ｐ_３ｂの位置までにおいては、受光素子領域１ａの中心位置Ｐ_６ａからマイクロレンズ６_ｂ２の中心位置Ｐ_６ｂまでの距離ｘ_６ｂは、受光素子領域１ａの中心位置Ｐ_３ａからフォトダイオード３の中心位置Ｐ_３ｂまでの距離ｘ_３ｂに第１のスケーリング比率Ｍ１を掛けた値である。また、予め定められた結像の像高Ｐ_３ｂの位置から受光素子領域１ａの端までにおいては、受光素子領域１ａの中心位置Ｐ_６ａからマイクロレンズ６_ｂ２の中心位置Ｐ_６ｃまでの距離ｘ_６ｃは、受光素子領域１ａの中心位置Ｐ_６ａからフォトダイオード３の中心位置Ｐ_３ｃまでの距離に第１のスケーリング比率Ｍ１とは異なるスケーリング比率を掛けた値である。これにより、マイクロレンズ６とフォトダイオード３との位置関係は、図８（ａ）乃至（ｃ）に示すようになる。図８（ａ）に示されるように、近軸においては、マイクロレンズ６_ａ１とフォトダイオード３_ａとの中心位置が同じであったが、図８（ｂ）に示されるように、像高Ｐ_３ｂの位置においてはマイクロレンズ６_ｂ２の中心位置はフォトダイオード３_ｂとの中心位置に対して最も大きくずれており、その補正量が最大となる。像高Ｐ_３ｂの位置を過ぎるとスケーリングが１より大きいため、図８（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ６_ｃ２の中心位置のフォトダイオード３_ｃとの中心位置に対するずれは小さくなり、補正量は像高端に向けて小さくなる。すなわち、隣接するマイクロレンズ６の中心位置の間隔ｄ_６ｂ、ｄ_６ａ、ｄ_６ｃは式６に示す関係となる。
ｄ_６ｂ≦ｄ_６ａ≦ｄ_６ｃ …式６

このようにマイクロレンズ６のスケーリングを変えて配置することにより、光線の入射角が結像の像高の途中で減少するような非球面レンズを含む小型の撮像レンズに対して、良好に入射光線を集光してフォトダイオード３へ導光できるので、シェーディングを抑制することができる。

また、マイクロレンズ６の補正倍率（スケーリング比率）Ｚは図７に符号Ｅ_１１で示されるものに限らない。例えば、図７に符号Ｅ_１２で示すように、像高Ｐ_３ｂの位置における入射角の変異に対して、２種類のスケーリングの比率を用意するのではなく、その変化がスムーズになるようにスケーリングの値が連続的に変化するように設けてもよい。

さらにまた、像高Ｐ_３ｂの位置に向けて入射角は単純増加ではなく、射出瞳位置が撮像素子１へ近づいていくため、その入射角の増加は比例よりも大きく増加していく。そのため、マイクロレンズ６のスケーリングもＥ_１３に示すように像高Ｐ_３ｂの位置に向けてそのスケーリングの値を小さくしていき、像高Ｐ_３ｂの位置を過ぎると１よりも大きなスケーリングに変化させる。このようにスケーリングの値を設けることでさらに精度の高いシェーディング抑制を実現することができる。

次に、撮像素子１のマイクロレンズ６の製造方法の一例を説明する。上述したように１つの方法はマイクロレンズアレイ全体を１より小さい倍率で縮小したフォトマスクを用いて形成する方法で、上述したマイクロレンズ６のスケーリングとなるようにフォトマスクを作成する以外に、フォトマスクによる転写を２度に分ける方法も挙げられる。１回目は第１のスケーリング比率で作成されたフォトマスクを用いて受光素子領域の像高Ｐ_３ｂの位置まで、マイクロレンズ６を作成する。その後、第２のスケーリング比率で像高Ｐ_３ｂの位置から像高端の位置まで作成されたフォトマスクを用いて２度目のマイクロレンズ６の作成を行う。このようにマイクロレンズ６の作成を複数のプロセスに分けけることで製造することもできる。

また、他の方法として、縮小露出装置の縮小倍率を変えてマイクロレンズアレイを成形する方法がある。この方法においても、２つの異なるスケーリング比率で、２つの縮小率を設けて２度以上露出照射することでマイクロレンズアレイを製造することができる。

なお、以上の説明においては、結像の像高の途中で入射光線の入射角が増加から減少に変わる撮像レンズ１０の一例として、図１に示す撮像レンズ１０を示したが、本発明が適用可能な撮像レンズは図１に示される形状に限定されない。本発明は、小型の撮像レンズであって、非球面を有するレンズの像高の途中で入射光線の入射角が増加から減少に変化する特性を有するレンズに対して、シェーディングの抑制に有効である。例えば、特開２００４−１６３８５１号公報には、特許文献３に示したレンズとは第２レンズの形状が異なるレンズが説明されているが、第３レンズの撮像素子１側は、光軸においては凹面をしており、像高が大きくなると凸面へその形状が変化する。このレンズに対しても本発明は適用可能である。

また、撮像素子１は、ＣＣＤセンサーに限らず、ＭＯＳセンサー（又はＣＭＯＳセンサー）であってもよく、受光素子領域上にマイクロレンズ６を具備しているものであれば同等の効果が得られる。

さらにまた、カラーの撮像素子１においては、平滑層５上にカラーフィルターを具備しているが、カラーフィルターもマイクロレンズ６と同様に像高Ｐ_３ｂの位置までと、像高Ｐ_３ｂの位置から像高端の位置まで、フォトダイオード３に対する配置を異なるスケーリングで配置すればよく、光線の通過する箇所へ配置するため、必ずしもマイクロレンズ６のスケーリングと同値である必要はない。

本発明の実施の形態に係る撮像装置を概略的に示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子のフォトダイオードとマイクロレンズの位置関係を示す図である。 比較例の撮像素子のフォトダイオードとマイクロレンズの位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態及び比較例の撮像レンズを用いた場合における像高と入射光線の入射角との関係を示す図である。 本発明の実施の形態及び比較例の撮像レンズを用いた場合における像高と入射光線の受光強度との関係で示す図である。 本発明の実施の形態及び比較例における像高と補正倍率（スケーリング比率）を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の受光素子領域の中心位置、像高中央部位置、外周近傍位置の入射光線を示す図である。

符号の説明

１ 撮像素子、 １ａ 受光素子領域、 ２ 半導体基板、 ３，３_ａ，３_ｂ，３_ｃ フォトダイオード（光電変換素子、受光素子）、 ４ 遮光層、 ５ 平滑層、 ６，６_ａ１，６_ａ２，６_ｂ１，６_ｂ２，６_ｃ１，６_ｃ２ マイクロレンズ（集光レンズ）、 ７ 射出瞳位置、 １０ 撮像レンズ、 １０ａ 第１レンズ、 １０ｂ 開口絞り、 １０ｃ 第２レンズ、 １０ｄ 第３レンズ、 １０ｄ１ 変曲点、 ＡＸ 光軸、 ＩＬ 撮像素子への入射光線、 ＥＰ_Ａ，ＥＰ_Ｂ，ＥＰ_Ｃ 射出瞳位置、 Ｐ_３ａ，Ｐ_３ｂ，Ｐ_３ｃ フォトダイオードの中心位置、 Ｐ_６ａ，Ｐ_６ｂ，Ｐ_６ｃ マイクロレンズの中心位置、 ｄ_６ａ，ｄ_６ｂ，ｄ_６ｃ 隣合うマイクロレンズの中心位置間の距離。

Claims (5)

1. 複数の受光素子及び前記複数の受光素子に対応するように配置された複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、
   前記撮像素子に対して被写体の像を結像する撮像レンズと
   を具備する撮像装置において、
   前記複数の受光素子が形成された受光素子領域の中心位置から予め定められた結像の像高位置までにおいては、前記受光素子領域の中心位置から前記マイクロレンズの中心位置までの距離は、前記受光素子領域の中心位置から前記受光素子の中心位置までの距離に第１のスケーリング比率を掛けた値であり、
   前記予め定められた結像の像高位置から前記受光素子領域の端までにおいては、前記受光素子領域の中心位置から前記マイクロレンズの中心位置までの距離は、前記受光素子領域の中心位置から前記受光素子の中心位置までの距離に前記第１のスケーリング比率とは異なる第２のスケーリング比率を掛けた値である
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像レンズは、前記撮像レンズを通して前記撮像素子に入射する主光線の入射角が、前記受光素子領域の中心位置からの像高の増加にしたがって徐々に大きくなり、像高の途中で極大値となり、さらに像高が前記受光素子領域の端に近づくにしたがって小さくなるようにする非球面レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２のスケーリング比率は、前記第１のスケーリング比率より大きいことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の撮像装置。
4. 前記第１のスケーリング比率は１より小さい値であり、前記第２のスケーリング比率は１より大きい値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記第１のスケーリング比率は、前記受光素子領域の中心位置から離れるにしたがって徐々に小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。

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