JP2015061193A

JP2015061193A - 撮像素子、製造装置、製造方法、並びに電子機器

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Publication number: JP2015061193A
Application number: JP2013193376A
Authority: JP
Inventors: 戸田　淳; Atsushi Toda; 淳戸田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-03-30
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: KR20160058779A; CN105612619B; US10401619B2; CN105612619A; JP6163398B2; WO2015040825A3; US20160202475A1; WO2015040825A2; KR102310376B1

Abstract

【課題】シェーディング補正を適切に行えるようにする。【解決手段】光電変換部と、光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、光電変換部に光が入射する側に設けられる補正部とを備える。補正部は、曲面を有し、曲面の表面形状は、球面であり、表面形状は、球面の半径、像面の光軸中心から端までの距離、補正部を構成する材料の屈折率、および光の最大入射角度で表される所定の式に基づく形状とされている。本技術は、撮像素子に適用できる。【選択図】図３

Description

本技術は、撮像素子、製造装置、製造方法、並びに電子機器に関する。詳しくは、シェーディング特性を改善するのに用いて好適な撮像素子、製造装置、製造方法、並びに電子機器に関する。

カメラ光学において、像面の中心から端に行くほど、主光線が斜め入射することによって、感度低下が発生することが知られている。このことは、シェーディングと称される。特に、ＲＧＢ（Red、Green、Blue）の色毎に感度低下の割合が異なれば、ホワイトバランスが崩れて、色が発生することになる。このことは、色シェーディングなどと称される。また、同時に隣の画素に光が到達することで混色も生じる。

このようなシェーディングや混色に対する補正は、イメージセンサの性能の向上に必要である。またRGBのフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）または光電変換層を縦方向に積層したイメージセンサ(縦方向分光)では、斜め入射によるシェーディングや色シェーディングや混色は顕著になる。これは、斜めに光が入射することによって奥側にあるＰＤまたは光電変換層にまで光が入射しづらくなるためである。

特許文献１や特許文献２において、各画素の有機光電変換膜やオンチップレンズ(OCL)に対して瞳補正を行うことが示されている。しかしながら、このような構造でも赤（R）や青（B）のPDが瞳補正できないことによるシェーディングやPD内を斜め入射して隣の画素に入射してしまうような混色は避けられない。

これに対して特許文献３や特許文献４では、オンチップレンズのレンズ形状を工夫することによって、主光線の斜め入射を垂直入射に変化させてシェーディング補正を行うことが提案されている。オンチップレンズのレンズ形状を工夫する場合、主光線の垂直入射が可能となるために十分なシェーディング補正が可能となるが、主光線の傾きに応じて各画素のオンチップレンズの形状を変化させる必要がある。

そのために、OCL形状の設計コストやプロセスコストが高くなってしまう。また、望遠機能のあるカメラにおいて、ワイド端において主光線の斜め入射を補正しても、OCL形状が固定であれば、テレ端では、撮像面の端でも主光線が垂直入射に近づくために、むしろ特性悪化が生じる可能性がある。

さらに、特許文献５乃至７では、凸型曲面透明材料を装着によるシェーディング補正が提案されている。しかしながら、その具体的な構造については開示されておらず、曲率等の形状構造によっては、補正が十分に行えない可能性があり、悪化する可能性もある。また固定型の凸型透明材料では、ワイド端において主光線の斜め入射を補正しても、凸型曲面形状が固定であれば、テレ端では、撮像面の端でも主光線が垂直入射に近づくために、むしろ特性悪化が生じる可能性がある。

特開2006-269923号公報 US 7,550797 特開2006-351972号公報特開2009-15315号公報特開2007-184322号公報特願2006-254864号公報特願2005-347075号公報

上記したように、シェーディングや混色に対する補正は、イメージセンサの性能の向上に必要である。すなわち、主光線のあらゆる入射角度に対して最適な補正を与え、かつワイド端からテレ端まで、すべての主光線の変化に対してシェーディング補正を最適化することが望まれている。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シェーディング補正を適切に行えるようにするものである。

本技術の一側面の撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部とを備える。

前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされているようにすることができる。

前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、引っ張りストレスで表面形状が制御されるようにすることができる。

前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、２層の液体で形成され、一方の液体の界面形状が凸形状であり、電圧をかけることで前記凸形状を制御するようにすることができる。

前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の最大入射角度をｃmax’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄmax’、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１としたとき、

という条件が満たされる形状とされているようにすることができる。

前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の入射角度をｃ’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄ’としたとき、

本技術の一側面の撮像素子においては、光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部が、光電変換部に光が入射する側に設けられる。補正部は、曲面を有し、曲面の表面形状は、所定の条件を満たす形状とされている。

本技術の一側面の第１の製造装置は、光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部とを備える撮像素子を製造する製造装置において、前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面である補正部の前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件のうちのどちらか一方を満たす形状に製造する。

本技術の一側面の第２の製造装置は、光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部とを備える撮像素子を製造する製造装置において、前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面である前記補正部の前記表面形状を、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件のどちらか一方を満たす形状に製造する。

本技術の一側面の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部とを備える撮像素子を製造する製造装置の製造方法において、前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状が、球面である補正部を製造するか、または非球面の補正部を製造するステップを含み、前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmax、前記光の入射角度をａ、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅとしたとき、

という条件のうちのいずれかを満たす形状に製造するステップを含む。

本技術の一側面の第１の製造装置、第２の製造装置、並びに製造方法においては、光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部が、光電変換部に光が入射する側に設けられるように製造される。また補正部は、曲面を有し、曲面の表面形状は、所定の条件を満たす形状で製造される。

本技術の一側面の電子機器は、光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部とを備える撮像素子と、前記光電変換部から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備える。

本技術の一側面の電子機器においては、光電変換部と、光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部が、光電変換部に光が入射する側に設けられた撮像素子と、光電変換部から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部とが備えられる。

本技術の一側面によれば、シェーディング補正を適切に行えるようになる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

撮像素子の構成について説明するための図である。光の入射角度と感度との関係について説明するための図である。補正用レンズの構成について説明するための図である。スネル則について説明するための図である。入射角度と半径について説明するための図である。入射角度が２０度のときに撮像素子に入射される光の角度に関する図である。入射角度が１０度のときに撮像素子に入射される光の角度に関する図である。入射角度が３０度のときに撮像素子に入射される光の角度に関する図である。撮像素子への光の入射角度が１５度以内に収まる条件を示した図である。撮像素子への光の入射角度が１０度以内に収まる条件を示した図である。撮像素子への補正用レンズの装着について説明するための図である。補正用レンズの製造について説明するための図である。補正用レンズの形状について説明するための図である。補正用レンズの効果について説明するための図である。入射角度が２５度のときに撮像素子に入射される光の角度に関する図である。補正用レンズの形状について説明するための図である。形状可変レンズについて説明するための図である。形状可変レンズについて説明するための図である。形状可変レンズについて説明するための図である。形状可変レンズについて説明するための図である。形状可変レンズについて説明するための図である。縦方向分光の撮像素子への適用について説明するための図である。縦方向分光の撮像素子への適用について説明するための図である。電子機器の構成について説明するための図である。

以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．シェーディング補正について
２．補正用レンズが満たす条件
３．球面形状によるシェーディング補正について
４．球面形状の補正用レンズの撮像装置への装着
５．補正用レンズの製造
６．非球面形状によるシェーディング補正について
７．望遠機能を有する補正用レンズのシェーディング補正について
８．縦方向分光でのシェーディング補正について
９．電子機器

＜シェーディング補正について＞
カメラ光学において、像面の中心から端に行くほど、主光線が斜め入射することによって、感度低下が発生することが知られている。このような感度低下は、シェーディングなどと称される。以下に説明する本技術は、シェーディング補正を行うのに適しているため、シェーディング補正を行う場合を例にあげて説明を行う。

図１に、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の撮像素子の簡略化した構成を示す。図１に示した撮像素子１０は、マイクロレンズ１１、カラーフィルタ層１２、遮光膜１３、およびフォトダイオード（PD）１４を備える。

マイクロレンズ１１を介して入射された光は、カラーフィルタ層１２の色に応じて分光され、フォトダイオード１４に受光される。遮光膜１３は、隣接するフォトダイオード１４の間に設けられ、隣接するフォトダイオード１４に光が漏れないように設けられている。

撮像素子１０に、図１に示したように、主光線が斜め入射した場合、感度低下が発生したり、隣接するフォトダイオード１４に、光が漏れ込み、混色が発生したりする。ここで、図１に示したように、撮像素子１０の基板面の垂線に対する主光線の入射角度をａと定義する。また主光線とは、絞りの開口の中心を通過する光線のことであるとする。

図２は、撮像素子１０におけるシェーディング特性を示すグラフである。図２を参照するに、入射角度ａが大きくなると、感度が低下すること読み取れる。撮像素子１０のチップ中央からチップ端に行くほど入射角度ａが大きくなるために、チップ中央からチップ端に行くほど感度が低下してしまうことを意味する。

また、カラーフィルタ層１２が、ＲＧＢ（Red、Green、Blue）であり、RGBの各色の入射角度ａの依存性が異なる場合、色ムラが生じてしまう可能性がある。このようなシェーディングや色むらを防ぐために、マイクロレンズ１１からフォトダイオード１４までの低背化、または開口率を上げる構造が考えられる。しかしながら、低背化や開口率拡大には、主光線の斜め入射角度が低減されているわけではないため、シェーディング特性の改善に限界がある。

そこで、主光線の斜め入射角度が低減するために、入射角度ａができるだけ０になるように補正するようにする。入射角度aが０というのは、主光線が基板面に垂直に入射することを意味し、図２から、最も感度が良いことがわかる。例えば、入射角度ａが１５度以上だと、感度が0.9以下になるため、入射角度ａが１５度以下になるように補正されるようにすれば、感度を0.9以上に保てることになる。

そこで、図３に示すように、マイクロレンズ１１上に、シェーディング補正用の補正用レンズ３１が設けられる構造とする。マイクロレンズ１１は、マトリクス状に複数配置されており、その複数のマイクロレンズ１１の全てを覆う大きさの補正用レンズ３１が、複数のマイクロレンズ１１の全てを覆う位置に配置される。この補正用レンズ３１が満たす条件について説明する。

＜補正用レンズが満たす条件＞
補正用レンズ３１は、図３に示したように、一方が曲面、他方が平面の形状とされている。曲面は、球面、または非球面であり、以下の説明においては、球面の場合と非球面の場合とで分けて説明する。また、補正用レンズ３１は、透明材料で構成され、光を透過するように構成される。

また、望遠機能があるカメラにおいては、テレ端からワイド端まで所定の条件を満たす最適な球面または非球面にできるように、形状を制御できる透明材料が、補正用レンズ３１として撮像素子１０上に装着される。

図２から、望ましくは入射角度ａが１５度以下にすることで感度低下が１５％以下に抑えられ、さらに望ましくは入射角度ａが１０度以下にすることで感度低下が５％以下に抑えられることが読み取れる。

図４は、補正用レンズ３１が斜め入射された光を補正する原理について説明するための図である。図４Ａを参照するに、撮像素子１０上に、補正用レンズ３１が装着され、その上に、レンズ群５１が設けられている。主光線は、絞り５２の開口の中心を通過する。図４Ａに示すように、撮像面の光軸中心では主光線が撮像素子１０の表面に対して垂直入射するが、撮像面の端に行くほど主光線が斜め入射する。

補正用レンズ３１がなければ、斜め方向から入射された光は、マイクロレンズ１１に斜め方向から入射する。しかしながら、補正用レンズ３１を設けることで、斜め方向から入射された光は、撮像面に対して垂直に近い状態で入射する光に、その入射角度が変換され、マイクロレンズ１１に垂直に近い状態で入射される。

図４Ｂは、図４Ａに示した補正用レンズ３１の左側の部分を拡大して図示した図である。ここでは、主光線が左側から入射する場合を例にあげて説明する。図４Ｂに示したように、主光線が左から入射する場合、補正用レンズ３１の斜面は左側が高くなる斜面となり、この斜面において、スネル則が成り立つ。スネル則（スネルの法則）とは、波動一般の屈折現象における二つの媒質中の進行波の伝播速度と入射角と屈折角の関係を表した法則のことであり、屈折の法則などとも称される。

スネル則においては、次式（１）が成り立つ。

式（１）において、ｎは、媒体ｘの屈折率ｎｘと媒体ｙの屈折率ｎｙの比であり、ｎｙ／ｎｘ＝ｎという関係式が満たされる。媒体ｘが空気である場合、屈折率ｎｘは１となるため、屈折率ｎは、媒体ｙの屈折率ｎｙとなる。

このスネル則に基づき、斜め方向から入射してきた光を垂直方向へと屈折させることが可能である。そこで、どの程度屈折させればよいかを検討する。

式（１）を、図４Ｂに示した状態に適用する。前提として、撮像面に対して垂直な方向（図中、点線で示した線であり、撮像面に対する垂線）に対して、入射する光の角度は、角度ａである。またその光が、補正用レンズ３１内を進む方向と、撮像面に対して垂直な方向となす角の角度は、角度ｄである。補正用レンズ３１の屈折率は、屈折率ｎとする。

また補正用レンズ３１の斜面に対して垂直な方向（図中、細い線で示した線であり、斜面に対する垂線）と、撮像面に対して垂直な方向とのなす角の角度は、角度ｂである。図４Ｂにおいて、角度ｃは、角度ａと角度ｂを加算した角度となり、ｃ＝ａ＋ｂの関係を満たす角度である。

また補正用レンズ３１の斜面に対して垂直な方向（図中、細い線）と、撮像面に対して垂直な方向とのなす角の角度であり、補正用レンズ３１内の角度は、角度ｅである。図４Ｂにおいて、角度ｆは、角度ｄと角度ｅを加算した角度となり、ｆ＝ｄ＋ｅの関係を満たす角度である。また角度ｂと角度ｅは、ｂ＝ｅの関係を満たす角度である。

図４Ｂにおいて、角度ｄが０度になることで、斜め方向から入射された光は、撮像面に対して垂直になる光に屈折されることになる。よって、角度ｄができる限り０度になる条件を考える。そこで、式（１）を、図４Ｂに示した状況に適用し、角度ｄに関する式に書き直すと、次式（２）となる。

ここで、補正用レンズ３１の主光線の最大入射角度を角度ａmaxで表すと、式（２）は、次式（３）となる。なお、最大入射角度を角度ａmaxは、補正用レンズ３１の左端または右端で得られる角度である。

このように、最大入射角度である角度ａmaxで入射された光が、ほぼ垂直に入射された光に変換されるような条件であれば、斜め方向からの光を補正し、撮像素子１０に垂直に入射される光の量を増大させ、感度を向上させることができる。

なお、図４ｂを参照して説明したように、ｂ＋ａ＝ｃという関係が満たされるため、式（２）における（ｂ＋ａ）は、（ｃ）と置き換えることができ、次式（２’）のように書き表すこともできる。同様に、（ｂ＋ａmax）は、（ｃmax）と置き換えることができ、式（３）は、次式（３’）のように書き表すこともできる。

ｄ＝ＡｒｃＳｉｎ［ｎ×Ｓｉｎ（ｃ）］・・・（２’）
ｄmax＝ＡｒｃＳｉｎ［ｎＳｉｎ（ｃmax）］・・・（３’）

＜球面形状によるシェーディング補正について＞
補正用レンズ３１が球面形状である場合について説明を加える。補正用レンズ３１のうち、曲面にされている部分が、球面形状とされている。図５は、補正用レンズ３１の曲面が球面形状とされているときに、シェーディング補正を適切に行うための満たすべき条件について説明するための図である。

図５は、補正用レンズ３１を図示し、各部の大きさや距離を図示した図であり、図４と同一の部分には、同一の符号を付してある。図５に示したように、補正用レンズ３１の中心から、光が入射する位置までの距離を距離ｘまたは位置ｘと表す。特に、補正用レンズ３１の端の部分までの距離は、距離ｘ０とする。また、補正用レンズ３１の球面形状の部分の半径を半径ｒとする。

図５に示すように、同じ方向から入射された光であっても、位置ｘのところに入射された光の角度ａと位置ｘ０のところに入射された光の角度ａmaxとでは、角度ａmaxの方が明らかに大きな角度となる。

図５に示したように、撮像面の端では、主光線が最大入射角度ａmaxで入射することになる。像面の中心の位置を０、像面の中心から端までの距離を１（任意の値）とした場合、位置xでの撮像素子１０の基板面の垂線に対して主光線の透明材料で構成された補正用レンズ３１内部での角度ｄは、上述したスネル則を用いて計算できる。

計算した結果を、図６乃至図８に示す。図６乃至図８に示したそれぞれのグラフは、補正用レンズ３１を構成する透明材料の屈折率が、屈折率ｎ＝1.6の場合であり、球面の半径rを変化させ、それぞれの半径ｒにおいて算出された値をプロットしたグラフである。また図６に示したグラフは、最大入射角度ａmax＝２０度のときのグラフであり、図７に示したグラフは、最大入射角度ａmax＝１０度のときのグラフであり、図８に示したグラフは、最大入射角度ａmax＝３０度のときのグラフである。

また図６乃至図８に示したグラフの横軸は、補正用レンズ３１の中心からの位置ｘであり、縦軸は、補正用レンズ３１内の垂直方向に対する光の進む角度ｄである。

図６に示したグラフのうちグラフａは、半径ｒ＝3.4/3のときのグラフであり、グラフｂは、半径ｒ＝3.6/3のときのグラフであり、グラフｃは、半径ｒ＝4/3のときのグラフである。また、グラフｄは、半径ｒ＝4.3/3のときのグラフであり、グラフｅは、半径ｒ＝4.7/3のときのグラフであり、グラフｆは、半径ｒ＝5.5/3のときのグラフであり、グラフｇは、半径ｒ＝6.2/3のときのグラフであり、グラフｈは、半径ｒ＝9/3のときのグラフであり、グラフｉは、半径ｒ＝15/3のときのグラフであり、グラフｊは、半径ｒ＝29/3のときのグラフであり、グラフｋは、半径ｒ＝60/3のときのグラフである。

図７に示したグラフのうちグラフａは、半径ｒ＝4/3のときのグラフであり、グラフｂは、半径ｒ＝5/3のときのグラフであり、グラフｃは、半径ｒ＝7/3のときのグラフであり、グラフｄは、半径ｒ＝10/3のときのグラフであり、グラフｅは、半径ｒ＝100/3のときのグラフであり、グラフｆは、半径ｒ＝100000/3のときのグラフである。

図８に示したグラフのうちグラフａは、半径ｒ＝3.5/3のときのグラフであり、グラフｂは、半径ｒ＝3.7/3のときのグラフであり、グラフｃは、半径ｒ＝4.1/3のときのグラフであり、グラフｄは、半径ｒ＝4.5/3のときのグラフであり、グラフｅは、半径ｒ＝5/3のときのグラフであり、グラフｆは、半径ｒ＝7/3のときのグラフであり、グラフｇは、半径ｒ＝10/3のときのグラフであり、グラフｈは、半径ｒ＝20/3のときのグラフである。

これらのグラフから、位置ｘが１のところ、換言すれば、補正用レンズ３１の端の部分で、角度ｄが所定の角度以内であれば、補正用レンズ３１の効果があることがわかる。ここで、例えば、所定の角度を１５度とした場合を考える。

図６を参照するに、位置ｘが１のところで、−１５度以下または１５度以上の値になっているグラフは、グラフaとグラフｂである。グラフｂにおいて、最大入射角度ａmax＝２０度のときの角度ｄは、−２０度（絶対値で２０度）以下になっているため、補正用レンズ３１を設けることによる効果はあるが、１５度以下にはならず、図２を参照するに、感度が0.9以下になってしまうため、補正用レンズ３１による効果は小さいと考えられる。

またグラフａにおいて、最大入射角度ａmax＝２０度のときの角度ｄは、−２０度（絶対値で２０度）以上になっているため、補正用レンズ３１を設けることで、より斜め方向に方向が変換されてしまうことを意味している。グラフａの場合、換言すれば、補正用レンズ３１の半径ｒが半径ｒ＝3.4/3である場合、補正用レンズ３１を設けない方が良いことになる。

グラフｃ乃至ｋは、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるため、補正用レンズ３１を設けることで、感度を向上させるのに効果がある。すなわち、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝4/3乃至60/3（1.3≦ｒ≦20）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

さらに、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、グラフｃやグラフｋも除外されることがわかる。すなわち補正用レンズ３１の半径ｒが、半径ｒ＝4/3や半径60/3も除外されることがわかる。この場合、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝4.3/3乃至29/3（１.43≦ｒ≦9.67）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

同様に、図７に示したグラフについて検討する。図７は、最大入射角度ａmax＝１０度のときのグラフである。

図７に示したグラフにおいて、位置ｘが１のところで、−１５度以下または１５度以上の値になっているグラフは、グラフaである。グラフaにおいて、最大入射角度ａmax＝１０度のときの角度ｄは、−１５度（絶対値で１５度）以下になっているため、補正用レンズ３１を設けることで、より斜め方向に方向が変換されてしまうことを意味している。グラフａの場合、換言すれば、補正用レンズ３１の半径ｒが半径ｒ＝4/3である場合、補正用レンズ３１を設けない方が良いことになる。

グラフｂ乃至ｈは、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるため、図２を参照して説明したように、感度を0.85以内に収めることができ、補正用レンズ３１を設けることで、感度を向上させる、少なくとも維持するのに効果がある。すなわち、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝5/3乃至100000/3（1.7≦ｒ≦33333）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

さらに、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合も、グラフａは除外されることがわかる。よって、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝5/3乃至100000/3（1.7≦ｒ≦33333）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

さらに同様に、図８に示したグラフについて検討する。図８は、最大入射角度ａmax＝３０度のときのグラフである。

図８に示したグラフにおいて、位置ｘが１のところで、−１５度以下または１５度以上の値になっているグラフは、グラフaとグラフｂである。グラフaやグラフｂにおいて、最大入射角度ａmax＝３０度のときの角度ｄは、−３０度（絶対値で３０度）以下になっているため、入射された角度よりも小さくなり、補正用レンズ３１を設けることで一定の効果を望めるが、−１５度（絶対値で１５度）以下になっているため、所望の効果を得られる半径ｒではないことがわかる。

グラフｃ乃至iは、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるため、図２を参照して説明したように、感度を0.85以内に収めることができ、補正用レンズ３１を設けることで、感度を向上させるのに効果がある。すなわち、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝4.1/3乃至20/3（1.37≦ｒ≦6.67）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

さらに、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、グラフｉも除外されることがわかる。すなわち補正用レンズ３１の半径ｒが、半径ｒ＝20/3も除外されることがわかる。この場合、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるような補正用レンズ３１としたい場合、補正用レンズ３１の半径ｒを、半径ｒ＝4.1/3乃至10/3（１.37≦ｒ≦3.33）の範囲内にすることが好ましいことがわかる。

図示はしないが、本出願人は、他の最大入射角度ａmaxにおいても、同様の検討を行い、その結果、図９、図１０にそれぞれ示す結果を得た。図９は、角度ｄが絶対値で１５度以内に収まるための補正用レンズ３１の半径ｒの範囲を示す図であり、図１０は、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるための補正用レンズ３１の半径ｒの範囲を示す図である。

図９、図１０において、横軸は、主光線の最大入射角度ａmaxを表し、縦軸は、補正用レンズ３１の球面半径ｒを表す。

図９に示したグラフには、ラインｍとラインｎがある。このラインｍとラインｎに挟まれた範囲内であれば、−１５≦角度ｄ≦１５を満たす補正用レンズ３１の半径ｒである。ラインｍは、次式（４）を満たす。

式（４）において、ｒは、補正用レンズ３１の半径であり、ａmaxは最大入射角度ａmaxであり、ｎは、補正用レンズ３１を構成する材質の屈折率である。他の式においても、同様である。

補正用レンズ３１の半径が、式（４）で算出される値以上の半径ｒであれば、角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる。角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる条件としては、式（４）≦ｒが満たされればよい。さらにラインｎ以下の値であることが好ましい。

ラインｎは、次式（５）を満たす。

補正用レンズ３１の半径が、式（５）で算出される値以下の半径ｒであれば、角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる。角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる条件としては、ｒ≦式（５）が満たされればよい。

式（４）≦ｒという条件か、ｒ≦式（５）という条件のうちの少なくとも一方が満たされる補正用レンズ３１の半径ｒであれば、斜め方向から入射された光を、補正用レンズ３１により進行方向を変換し、角度ｄ（マイクロレンズ１１への入射角度）が絶対値で１５度以内に収まるようにすることができる。よって、撮像素子１０に入射される光量を増加させることができ、感度を向上させることができる。

より好ましくは、式（４）≦ｒ≦式（５）という条件が満たされる補正用レンズ３１の半径ｒであれば、撮像素子１０に入射される光量を増加させることができ、感度を向上させることができる。

なお、式（４）と式（５）は、補正用レンズ３１の中心から端までの距離ｘ０＝１としたときの式である。例えば、距離ｘ０が２０ｍｍであった場合、この２０ｍｍが１として扱われ、１０ｍｍのところは、0.5として扱われる。このように、補正用レンズ３１の中心から端までの距離を単位とし、他の位置を比率として表すようにしても良い。他の位置を比率として表す場合、式（４）と式（５）に基づき補正用レンズ３１の半径ｒが設定される。

補正用レンズ３１の中心から端（像面の光軸中心から端）までの距離ｘ０＝１とおくのではなく、距離ｘ０＝ｘ１とし、ｘ１は任意の値とした場合、式（４）、式（５）は、それぞれ次式（６）、次式（７）となる。

式（６）は、式（４）の右辺にｘ１を乗算した式であり、式（７）は、式（５）の右辺にｘ１を乗算した式である。ｘ１は、補正用レンズ３１の中央部分（像面の光軸中心から端）からの距離である。このように、ｘ１を乗算した式を用いて、補正用レンズ３１の半径ｒが算出されるようにしても良い。

次に、図１０を参照し、角度ｄが絶対値で１０度以内に収まるための補正用レンズ３１の半径ｒの範囲について説明する。

図１０に示したグラフには、ラインｍ’とラインｎ’がある。図９に示したラインｍとラインｎと区別を付けるために、ダッシュを付して記載する。このラインｍ’とラインｎ’に挟まれた範囲内であれば、−１０≦角度ｄ≦１０を満たす補正用レンズ３１の半径ｒとすることができる。ラインｍ’は、次式（８）を満たす。

補正用レンズ３１の半径が、式（８）で算出される値以上の半径ｒであれば、角度ｄが絶対値で１０度以内にほぼ収まる。角度ｄが絶対値で１０度以内にほぼ収まる条件としては、式（８）≦ｒが満たされればよい。さらにラインｎ’以下の値であることが好ましい。

ラインｎ’は、次式（９）を満たす。

補正用レンズ３１の半径が、式（９）で算出される値以下の半径ｒであれば、角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる。角度ｄが絶対値で１５度以内にほぼ収まる条件としては、ｒ≦式（９）が満たされればよい。

式（８）≦ｒという条件か、ｒ≦式（９）という条件のうちの少なくとも一方が満たされる補正用レンズ３１の半径ｒであれば、斜め方向から入射された光を、補正用レンズ３１により進行方向を変換し、角度ｄが絶対値で１０度以内にほぼ収まるようにすることができる。よって、撮像素子１０に入射される光量を増加させることができ、感度を向上させることができる。

より好ましくは、式（８）≦ｒ≦式（９）という条件が満たされる補正用レンズ３１の半径ｒであれば、撮像素子１０に入射される光量を増加させることができ、感度を向上させることができる。

なお、式（８）と式（９）は、補正用レンズ３１の中心から端までの距離ｘ０＝１としたときの式である。補正用レンズ３１の中心から端までの距離ｘ０＝１とおくのではなく、距離ｘ０＝ｘ１とし、ｘ１は任意の値とした場合、式（８）、式（９）は、それぞれ次式（１０）、次式（１１）となる。

式（１０）は、式（８）の右辺にｘ１を乗算した式であり、式（１１）は、式（９）の右辺にｘ１を乗算した式である。ｘ１は、補正用レンズ３１の中央部分からの距離である。このように、ｘ１を乗算した式を用いて、補正用レンズ３１の半径ｒが算出されるようにしても良い。

＜球面形状の補正用レンズの撮像装置への装着＞
図１０は、補正用レンズ３１を撮像素子１０に装着したときの断面図を示す。補正用レンズ３１は、透明材料４１を挟んで撮像素子１０上に設置される。撮像素子１０には、フォトダイオード１４や、フォトダイオード１４に対応する位置にマイクロレンズ１１が備えられている。フォトダイオード１４は、マトリクス状に複数備えられており、マイクロレンズ１１も、そのようなフォトダイオード１４に対応して複数備えられている。

補正用レンズ３１は、複数のフォトダイオード１４を覆う大きさで構成されている。マイクロレンズ１１の上部であり、透明材料４１と接する側を撮像面１０ａとした場合、撮像面１０ａを覆う大きさ、および位置に、補正用レンズ３１は設けられる。その半径は、図９、図１０を参照して説明した範囲内の半径ｒとされる。

このような補正用レンズ３１は、例えば、図１２に示すような製造工程で製造することができる。工程Ｓ１において、金型７１が作製される。金型７１の上部７１ａは、補正用レンズ３１を製造する部分であり、金型７１の下部７１ｂは、透明材料４１（図１１）の部分を製造する部分である。

金型７１の上部７１ａの湾曲部（上部７１ａの内側）は金属加工と電界研磨でなめらかな曲面とされる。この湾曲部の湾曲は、上記した式（４）乃至式（１１）で示される条件を満たす補正用レンズ３１の半径ｒで描かれる円の一部を構成する曲線とされる。例えば、補正用レンズ３１を、撮像面１０ａへの入射角度が、１０度以内に収まるような形状であり、球面形状に構成したい場合、式（８）≦ｒ≦式（９）を満たす形状に上部７１ａの内側はされる。

工程Ｓ２において、金型７１に樹脂材料７２が挿入され、加熱プレスされて成型される。工程Ｓ３において、金型７１がリリースされ、工程Ｓ４にて、撮像素子１０上に、形成された補正用レンズ３１が接着材を用いて貼り合わされる。なお接着材でなく、熱をかけて装着されるようにしても良い。

樹脂材料７２として、屈折率が1.60の光学用ポリカーボネートを用いることができる。また、ポリカーボネート以外の他の樹脂材料や、ガラス材料を、樹脂材料７２の代わりとして用いることもできる。なお、補正用レンズ３１を構成する材質による、屈折率は異なるため、用いられた材質の屈折率で、上記した式における半径ｒや厚さｈが算出され、その値に応じた金型７１が作成される。

図１３に示すように、撮像面の端で主光線の最大入射角度ａmaxを２５度として設計し、このとき主光線の入射角度ａmaxが撮像面の四隅で最大となり、撮像面の中心から３ｍｍの位置となるように設計する。このとき補正用レンズ３１の球面の半径ｒを、半径r＝９ｍｍとすることで式（５）が満たされ、撮像素子１０に入射する主光線の角度ｄの絶対値が、１０度以下となり、シェーディング特性が大きく改善される。この場合、式（４）も満たされる。

なお上述した実施の形態において、撮像面の中心から端までの距離は、距離ｘ０＝１としているため、半径r＝９ｍｍは、例えば、図９や図１０においては、半径ｒ＝３(a.u.)に対応する。図１０を参照するに、半径ｒ＝３の場合、−１０度≦角度ｄ≦１０度を満たすことがわかる。−１０度≦角度ｄ≦１０度を満たされることで、図２から、感度が0.6から0.95まで改善されることがわかる。同時に色シェーディングや混色も小さくなり、画質が改善される。

図１４に、上記した条件を満たす補正用レンズ３１を装着した撮像素子１０と、装着していない撮像素子１０において、感度を測定したときの結果を示す。図１４にシェーディング補正効果を示すが、主光線の入射角度ｄは、球面形状の補正用レンズ３１を装着することで、最大入射角度ａmaxでもｄ＝６．５度まで改善され、１０度以下を満たすことが実証されている。

このように、本技術によれば、補正用レンズ３１の曲面を球面形状で形成し、その球面の半径ｒを、所定の条件を満たす形状とすることで、斜め方向から入射された光を垂直に近い方向からの光に変換し、受光感度を向上させることが可能となる。

＜非球面形状によるシェーディング補正について＞
上述した実施の形態においては、補正用レンズ３１の曲面が球面形状である場合を例にあげて説明した。補正用レンズ３１の曲面は、球面形状に限定されるわけではない。次に、補正用レンズ３１の曲面が非球面形状である場合について説明を加える。

図１５は、補正用レンズ３１を非球面形状に構成したときの補正用レンズ３１の位置と角度ｄとの関係を、補正用レンズ３１を球面形状で構成したときのグラフと共に示した図である。図１５に示したグラフの横軸は、補正用レンズ３１の中心からの位置ｘであり、縦軸は、補正用レンズ３１内の垂直方向に対する光の進む角度ｄである。

図１５に示したグラフは、最大入射角度ａmax＝２５度のときであり、補正用レンズ３１の屈折率ｎ＝1.6のときに得られるグラフである。図１５に示したグラフのうちグラフａ乃至ｉは、球面形状の補正用レンズ３１を用いたときの得られるグラフであり、グラフｊは、非球面形状の補正用レンズ３１を用いたときに得られるグラフである。

図１５に示したグラフのうちグラフａは、半径ｒ＝3.5/3のときのグラフであり、グラフｂは、半径ｒ＝4.2/3のときのグラフであり、グラフｃは、半径ｒ＝5/3のときのグラフである。また、グラフｄは、半径ｒ＝6/3のときのグラフであり、グラフｅは、半径ｒ＝7/3のときのグラフであり、グラフｆは、半径ｒ＝9/3のときのグラフであり、グラフｇは、半径ｒ＝11/3のときのグラフであり、グラフｈは、半径ｒ＝13/3のときのグラフであり、グラフｉは、半径ｒ＝20/3のときのグラフである。

グラフｊは、非球面形状の補正用レンズ３１のときに得られるグラフであり、次式（１２）を満たす曲面を有する補正用レンズ３１を用いたときに得られるグラフである。

式（１２）において、ｅは、図４Ｂにおける角度ｅであり、補正用レンズ３１の曲面に対して垂直方向に交わる垂線と、撮像面に対する垂線との角度である。また式（１２）において、ａは、入射角度ａを表し、ｎは、補正用レンズ３１を構成する材質の屈折率を表す。

図１６は、最大入射角度ａmax＝２５度であり、屈折率ｎ＝１６である場合を、式（１２）に基づいて角度eを算出し、補正用レンズ３１の厚さｈ（図５）に換算したときの補正用レンズ３１の位置と厚さの関係を図である。図１６において、横軸は、補正用レンズ３１の位置ｘを表し、縦軸は厚さｈを表す。図１６に示した曲線は、補正用レンズ３１の右半分の断面の形状を示す。図１６に示した曲線を曲面とする回転体が、補正用レンズ３１となる。

図１６に示した曲線を曲面とする補正用レンズ３１を用いた場合、図１５に示したグラフｊが得られる。ここで、図１５を参照するに、球面形状の補正用レンズ３１を用いて得られるグラフａ乃至ｉは、角度ｄが０度になる位置ｘが、無いか、または１点のみ存在する。角度dが０度となると、斜め方向から入射された光であっても、補正用レンズ３１により進行方向が変更され、撮像面１０ａに対して垂直に入射する光になることを意味する。よって、角度ｄが０度になる位置ｘが多いほど良い。

非球面形状の補正用レンズ３１を用いて得られるグラフｊは、略全ての位置において０度となる。すなわち、非球面形状の補正用レンズ３１を用いることで、斜め方向から入射された光は、どの位置ｘにおいても、撮像面に対して略垂直に入射される光に変換されることがわかる。

このような非球面形状の補正用レンズ３１の製造は、図１２を参照して説明した球面形状の補正用レンズ３１を製造する場合と同様の方法で製造することができるため、その詳細な説明は省略する。工程Ｓ１において、金型７１を作製する際、金型の上部７１ａの内側の曲面を、式（１２）で算出され、図１６に示したような曲線を、撮像面の光軸中心に対して回転させて得られる曲面に形成することで、非球面形状の補正用レンズ３１を製造することができる。

また、工程Ｓ４において、製造された補正用レンズ３１は、撮像素子１０に装着される。この際、図３を参照して説明したように、非球面形状の補正用レンズ３１においても、球面形状の補正用レンズ３１と同じく、複数のフォトダイオード１４を覆うような大きさで補正用レンズ３１は製造され、複数のフォトダイオード１４を覆う位置に装着される。

このように、非球面形状の補正用レンズ３１を用いることで、斜め方向から入射された光を垂直に近い方向から入射された光に変換し、受光感度を向上させることが可能となる。

なお、非球面形状の補正用レンズ３１を量産する場合、量産によるバラツキ等を考慮し、式（１２）により求められる角度ｅを中心に±５度の範囲、さらに望ましくは、±２度の範囲内であれば、十分な効果を得られるため、そのような範囲内に収まるように、金型７１が作製されるようにしても良い。

＜望遠機能を有する補正用レンズのシェーディング補正について＞
上述したように、球面形状の補正用レンズ３１または非球面形状の補正用レンズ３１を用いることで、感度を向上させることが可能となる。特に、望遠機能がないカメラにおいて有効である。しかしながら、望遠機能があるカメラにおいては、例えば、ワイド端において主光線の斜め入射を補正できても、テレ端では、撮像面の端でも主光線が垂直入射に近づくために、むしろ特性悪化が生じる可能性がある。

次に望遠機能を持ったカメラにおいて、ワイド端からテレ端までをシェーディング補正することについて説明する。この場合、補正用レンズ３１を、形状可変レンズまたは焦点可変レンズとし、撮像素子１０上に装着してシェーディング補正が行われるようにする。

補正用レンズ３１を形状可変レンズとした場合、例えば、図１７に示すようなレンズを適用することができる。補正用レンズ３１は、レンズ部分１０１とレンズの形状を変形する変形部１２１とに分けられる。レンズ部分１０１は、レンズ１０２と土台１０３から構成され、土台１０３の側面は、変形部１２１の駆動部１２２と接続されている。

レンズ１０２と土台１０３は、一体に構成されている。レンズ１０２と土台１０３は、透明でかつ伸縮可能な、例えばシリコーンを材料とするシリコーンレンズで構成される。図１８に示すように、駆動部１２２が駆動されることで、シリコーンレンズの土台１０３の部分が、外側方向に引っ張られると、レンズ１０２の形状が変形する構成とされている。換言すれば、レンズ部分１０１が、引っ張りストレスで表面形状が制御される構成とされている。

レンズ１０２を球面形状の補正用レンズ３１とした場合、レンズ１０２が変形することで、半径ｒが変わることになる。また、レンズ１０２を非球面形状の補正用レンズ３１とした場合、レンズ１０２が変形することで、厚さｈが変わることになる。半径ｒや厚さｈが、ワイド端やテレ端においても最適な値となるように、駆動部１２２が駆動され、レンズ１０２が変形される。

すなわち、レンズ１０２の表面の形状は、上述した条件を満たす形状であり、ワイド端やテレ端などの望遠の状況に応じた形状に変形される。このように、レンズ１０２の表面の形状を変形させることで、望遠機能を持ったカメラにおいて、ワイド端からテレ端までをシェーディング補正することが可能となる。

また、このように、補正用レンズ３１を形状可変レンズとした場合においても、図１９に示すように、撮像素子１０の撮像面１０ａにレンズ部分１０１が位置するようにレンズ部分１０１は、配置される。また、撮像面１０ａと接する部分には、ガラス１３１などの透明部材が設けられて、撮像素子１０上に、補正用レンズ３１が配置される。

補正用レンズ３１と撮像素子１０は、接着剤や熱が用いられて装着される。

補正用レンズ３１を、形状可変レンズまたは焦点可変レンズとした場合、液体レンズを用いるようにしても良い。図２０に、補正用レンズ３１としての液体レンズ１５１の構成を示す。図２０の上図は、通常時であり、電圧がかけられていないときの液体レンズ１５１の形状を示し、下図は、加電圧時であり、電圧がかけられているときの液体レンズ１５１の形状を示す。

液体レンズ１５１は、例えば、水溶液１５２と油１５３から構成され、電圧を制御することで、水溶液１５２と油１５３の２層の間の界面形状を変えることができ、レンズの形状を変形できる構成とされている。水溶液１５２と油１５３の２種類の液体と電極１５４が封入されており、電極１５４に電圧が加えられると、水溶液１５２が電極１５４に集まろうとし、油１５３との接する面の形が変わることで界面形状を自在に変えることができる。

液体レンズ１５１を補正用レンズ３１として用いた場合も、図２１Ａに示すように、撮像素子１０上に液体レンズ１５１が設けられる。液体レンズ１５１のうち、レンズとして機能する部分が、撮像素子１０の撮像面１０ａ上に位置するように配置される。

電極１５４にかけられる電圧の強度は、望遠の状況に応じたものとされる。液体レンズ１５１を球面形状の補正用レンズ３１とした場合、液体レンズ１５１の界面形状が変形することで、半径ｒが変わることになる。また、レンズ１０２を非球面形状の補正用レンズ３１とした場合、液体レンズ１５１の界面形状が変形することで、厚さｈが変わることになる。半径ｒや厚さｈが、ワイド端やテレ端において最適な値となるように、電極１５４にかけられる電圧が制御される。

すなわち、液体レンズ１５１の界面形状は、上述した条件を満たす形状であり、ワイド端やテレ端などの望遠の状況に応じた形状に変形される。このように、液体レンズ１５１の界面形状を変形させることで、望遠機能を持ったカメラにおいて、ワイド端からテレ端までをシェーディング補正することが可能となる。

液体レンズ１５１のような２層構造のレンズを補正用レンズ３１として用いる場合、水溶液１５２と油１５３の２つの液体の屈折率を考慮する必要がある。ここで、水溶液１５２の屈折率を屈折率ｎ１とし、油１５３の屈折率を屈折率ｎ２とする。

また空気中から水溶液１５２に光が進むときの角度の関係は、図２１Ｂに示す関係を満たすとする。すなわち、空気中の主光線の入射角度はａであり、水溶液１５２中の主光線の入射角度はａ’となる。このときスネル則から、次式（１３）が成り立つ。また空気中から水溶液１５２への最大入射角度ａmax’においては、次式（１４）が成り立つ。

従って、油１５３中の主光線の入射角度をｄ’としたとき、図４Ｂから角度ｄ’と最大入射角度ａmax’に対して、次式（１５）、次式（１６）がそれぞれ成り立つ。

図４Ｂを参照するに、式（１５）において、（ｂ’＋ａ’）は、（ｃ’）であるため、式（１５）は、次式（１５’）と表すこともできる。同様に、式（１６）も式（１６’）と表すことができる。
ｄ’＝ＡｒｃＳｉｎ［ｎ１×Ｓｉｎ［ｃ’］／ｎ２］・・・（１５’）
ｄmax’＝ＡｒｃＳｉｎ［ｎ１×Ｓｉｎ［ｃmax’］／ｎ２］・・・（１６’）

式（１５’）、式（１６’）において、ｎ＝ｎ１／ｎ２と置き換えることで、式（２）、式（３）と等価となる。

油１５３中の主光線の入射角度ｄ’は、撮像面１０ａへの主光線の入射角度となる。よって球面形状の補正用レンズ３１を適用し、シェーディング補正を行う場合、
式（４）≦ｒ≦式（５）または式（８）≦ｒ≦式（９）
という条件において、ａmaxをａmax’に置き換えた条件を満たし、ｎ＝ｎ１／ｎ２であり、かつ式（１６）が満たされればよい。

また非球面形状の補正用レンズ３１を適用し、シェーディング補正を行う場合、式（１２）で表される条件において、ａをａ’に置き換えた条件を満たし、ｎ＝ｎ１／ｎ２であり、かつ式（１５）が満たされればよい。

液体レンズを補正用レンズ３１として用いる場合においても、補正用レンズ３１と撮像素子１０は、接着剤や熱を用いて装着することが可能である。また液体レンズは、上記したように、水溶液１５２と油１５３の２層構造となっており、電圧で界面形状が制御される。その形状の制御は、２層構造のうちの屈折率の高い油１５３側の形状が、上記したような条件に当てはまるように制御されることで、シェーディング補正がなされる。

例えば、一例とし、水溶液１５２を水とし、その水の屈折率を屈折率n1＝1.33とし、油１５３の屈折率を屈折率n2＝1.6とする。また図１３に示したように、撮像面の端で主光線の最大入射角度を２５度として設計し、このときの主光線の最大入射角度ａmaxが撮像面の四隅で最大となり、その位置は、撮像面の中心から3mmの位置となる。このとき水中の主光線の最大入射角度ａ’は、スネル則から、ａmax’＝１８．５度となる。またn = n1/n2＝0.831となる。

よって、球面形状の補正用レンズ３１の場合、シェーディングを補正する条件である、式（８）≦ｒ≦式（９）において、ａmaxをａmax’ に置き換えて条件に適合するように設計した場合、半径ｒ＝ 3.9mmとなる。このとき、撮像面への入射角度ｅの絶対値は、１０度以下が満たされる。よって、斜め方向からの光においても、受光感度を向上させることが可能となる。

このように、補正用レンズ３１のレンズの表面の形状や界面形状を変化させることで、またその変化は、上記したような条件を満たすよう制御することで、望遠機能を有するカメラにおけるテレ端やワイド端などにおいても、シェーディング補正を適切に行うことが可能となる。

＜縦方向分光でのシェーディング補正について＞
以上のようなシェーディング補正機能については、ＲＧＢのフォトダイオード１４または光電変換層を縦方向に積層したイメージセンサ(縦方向分光)にも適用でき、そのような縦方向分光方式の撮像素子では、補正用レンズ３１による効果がより大きいと考えられる。

図２２は、縦方向分光の撮像素子１０において、シェーディング補正を行わない場合と行う場合とを比較するための図である。図２２を参照するに、撮像素子１０には、図中上から、青（Ｂ）用のフォトダイオード１４−１、緑（Ｇ）用のフォトダイオード１４−２、および赤（Ｒ）用のフォトダイオード１４−３が縦方向に配置されている。

図２２に示したような縦方向分光の撮像素子１０は、３原色を分光するためにSiバルク中に、フォトダイオード（PD）１４を縦方向に積層させたB-PD, G-PD, R-PDをイオン注入とエピタキシャル成長のプロセスで形成し、またトランジスタや電極形成プロセスを経て製造される。

図２３に縦方向分光の撮像素子１０の概略を示す。撮像素子１０の上部には、有機光電変換膜が設けられ、その有機光電変換膜の上下にはITO等の透明電極が設けられ、その透明電極に有機光電変換膜が挟まれる構造となっている。この有機光電変換膜の層から、緑（Ｇ）信号が取り出される。

有機光電変換膜の層は、図２２における緑（Ｇ）用のフォトダイオード１４−２に該当する。図２２に示した撮像素子１０は、一番上に青用のフォトダイオード１４−１が配置されている例を示したが、図２３では、一番上に緑用の光電変換領域１４−２が設けられる構成を示した。縦方向分光として、どのような構成を適用するかにより、各色のフォトダイオード１４（光電変換領域）の配置は異なる場合がある。しかしながら、本技術は、その配置に係わらず適用できる。

有機光電変換膜の下側には、Si基板が設けられており、そのSi基板には、青（Ｂ）信号を取り出すためのフォトダイオード１４−１と、赤（Ｒ）信号を取り出すためのフォトダイオード１４−３が積層されている。

このような構造の場合、緑信号を取り出す有機光電変換膜が、青信号や赤信号を取り出すフォトダイオード１４と離れて存在するために、特に色シェーディングが懸念される。しかしながら、以下に説明するように、補正用レンズ３１を用いることで、縦方向分光で特に問題となる色シェーディング特性や混色を防ぐことが可能となる。

なお、縦方向分光を採用した撮像素子１０の構成は、上記した構成に限定されるわけではなく、他の構成であっても、本技術を適用した補正用レンズ３１を適用でき、補正用レンズ３１を用いることで、色シェーディング特性や混色を改善することができる。

図２２を再度参照する。縦方向にフォトダイオード１４が配置されている場合、図２２Ａに示したように、補正用レンズ３１がなく、シェーディング補正が行われないと、斜め方向から撮像素子１０に入射された主光線は、赤用のフォトダイオード１４−３まで届かない可能性がある。

換言すれば、図２２Ａに示したような状況の場合、フォトダイオード１４−１乃至１４−３のそれぞれにおける感度は異なり、特にフォトダイオード１４−３の感度は低下してしまう。このような状況のときには、色シェーディングが顕著に生じてしまう可能性がある。

図２２Ｂは、上記してきた補正用レンズ３１のいずれかを適用し、シェーディング補正を行う場合を表している。補正用レンズ３１により、斜め方向から入射された光の進行方向が変換されることにより、撮像面に対して垂直に近い方向から入射されることにより、フォトダイオード１４−１乃至１４−３のそれぞれにおける感度のばらつきが小さくなり、フォトダイオード１４−３の感度も低下することなく、十分な光吸収ができるように構成することができる。

換言すれば、補正用レンズ３１を用いることで、主光線の斜め入射を補正することででき赤（R）用のフォトダイオード１４−３においても、主光線が画素の真ん中を通過するために十分な光吸収が可能となり、補正効果が大きくなる。よって、色シェーディングをなくすことが可能となる。さらに隣接画素への光線の漏れが小さくなり、混色を小さくすることも可能となる。

補正用レンズ３１としては、望遠機能を備えていないカメラにおいては、非球面形状または球面形状の補正用レンズ３１が用いられ、図１２を参照して説明したような工程で製造することができる。

また、望遠機能を有するカメラであり、縦方向分光を採用した撮像素子１０に対しても上記した本技術を適用した補正用レンズ３１、例えば、液体レンズ１５１を適用することはできる。

このように、補正用レンズ３１を備えることで、縦方向分光の撮像素子１０においても、撮像素子１０の全ての位置で、主光線の垂直入射が可能となるため、シェーディング特性、色シェーディング、混色といった問題を解決できる。

このように、本技術においては、撮像素子１０上に、凸型の曲面を有し、透明材料で作製された補正用レンズ３１を設けることで、シェーディング補正を行うことができる。また、本技術によれば、補正用レンズ３１の曲面を最適な形状とすることができ、撮像素子１０の感度を向上させることが可能となる。

また補正用レンズ３１を形状可変または焦点可変レンズとの組み合わせで最適化することができ、ワイド端からテレ端まで、連続的に最適なシェーディング補正を可能にすることができる。

＜電子機器＞
本技術は、撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

図２４は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。図２４に示すように、本開示の撮像装置３００は、レンズ群３０１等を含む光学系、撮像素子３０２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、操作系３０７、及び、電源系３０８等を有している。

そして、ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、操作系３０７、及び、電源系３０８がバスライン３０９を介して相互に接続された構成となっている。ＣＰＵ３１０は、撮像装置３００内の各部を制御する。

レンズ群３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子３０２の撮像面上に結像する。撮像素子３０２は、レンズ群３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子３０２として、先述した実施形態に係る固体撮像素子を用いることができる。

表示装置３０５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置３０６は、撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。

操作系３０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系３０８は、ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、及び、操作系３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

このような撮像装置３００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。そして、この撮像装置３００において、撮像素子３０２として先述した実施形態に係る撮像素子を用いることができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。

（１）
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子。
（２）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（４）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（５）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（６）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（７）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（８）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（９）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（１０）
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
前記（１）に記載の撮像素子。
（１１）
前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、引っ張りストレスで表面形状が制御される
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、２層の液体で形成され、一方の液体の界面形状が凸形状であり、電圧をかけることで前記凸形状を制御する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の最大入射角度をｃmax’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄmax’、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１４）
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の最大入射角度をｃmax’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄmax’、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１５）
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の入射角度をｃ’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄ’としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１６）
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の入射角度をｃ’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄ’としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１７）
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面である補正部の前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件のうちのどちらか一方を満たす形状に製造する
製造装置。
（１８）
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面である前記補正部の前記表面形状を、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件のどちらか一方を満たす形状に製造する
製造装置。
（１９）
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置の製造方法において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状が、球面である補正部を製造するか、または非球面の補正部を製造するステップを含み、
前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmax、前記光の入射角度をａ、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅとしたとき、

という条件のうちのいずれかを満たす形状に製造する
ステップを含む製造方法。
（２０）
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子と、
前記光電変換部から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。

１０撮像素子，１１マイクロレンズ，１２カラーフィルタ層，１３遮光膜，１４フォトダイオード，３１補正用レンズ，１０１レンズ部分，１２１変換部，１５１液体レンズ，１５２水溶液，１５３油，１５４電極

Claims

光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面であり、前記表面形状は、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面であり、前記表面形状は、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件を満たす形状とされている
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、引っ張りストレスで表面形状が制御される
請求項１に記載の撮像素子。
前記補正部は、焦点可変レンズまたは形状可変レンズで構成され、２層の液体で形成され、一方の液体の界面形状が凸形状であり、電圧をかけることで前記凸形状を制御する
請求項１に記載の撮像素子。
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の最大入射角度をｃmax’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄmax’、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
請求項１２に記載の撮像素子。
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の最大入射角度をｃmax’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄmax’、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
請求項１２に記載の撮像素子。
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の入射角度をｃ’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄ’としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
請求項１２に記載の撮像素子。
前記凸形状は、前記２層の液体のうち、前記光が入射する側の第１の液体の屈折率をｎ１、前記光電変換部が位置する側の第２の液体の屈折率をｎ２、ｎ＝ｎ１／ｎ２、前記第２の液体への前記光の入射角度をｃ’、前記第２の液体内での前記光の入射角度をｄ’としたとき、

という条件が満たされる形状とされている
請求項１２に記載の撮像素子。
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、球面である補正部の前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmaxとしたとき、

という条件のうちのどちらか一方を満たす形状に製造する
製造装置。
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状は、非球面である前記補正部の前記表面形状を、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅ、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の入射角度をａとしたとき、

という条件のどちらか一方を満たす形状に製造する
製造装置。
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子を製造する製造装置の製造方法において、
前記補正部は、曲面を有し、前記曲面の表面形状が、球面である補正部を製造するか、または非球面の補正部を製造するステップを含み、
前記表面形状を、前記球面の半径をｒ、像面の光軸中心から端までの距離をｘ１、前記補正部を構成する材料の屈折率をｎ、前記光の最大入射角度をａmax、前記光の入射角度をａ、前記補正部の表面に対する垂線と撮像面に対する垂線とのなす角度をｅとしたとき、

という条件のうちのいずれかを満たす形状に製造する
ステップを含む製造方法。
光電変換部と、
前記光電変換部に入射する光の角度を補正する補正部であり、前記光電変換部に前記光が入射する側に設けられる補正部と
を備える撮像素子と、
前記光電変換部から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。