JP4338552B2

JP4338552B2 - 固体撮像素子及びこれを使用した撮像装置並びに収差・シェーディング補正方法

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Publication number: JP4338552B2
Application number: JP2004061084A
Authority: JP
Inventors: 悟岡本; 嘉広伊藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: JP2005252023A

Description

本発明は、受光面側にマイクロレンズを設けたＣＣＤ等の固体撮像素子及びこれを使用する撮像装置並びに収差やシェーディングの補正方法に関するものである。

デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮像装置には、撮像素子としてＣＣＤ型やＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子には、マトリクス状に配列された各受光素子（フォトダイオード）への集光率を高めるために、各受光素子の上方にマイクロレンズが設けられている。また、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話は、急速に高画質化が図られ、使用される固体撮像素子の有効画素数は年々増加の一途をたどっている。

撮影レンズに球面収差や非点収差，像面湾曲等の収差があると、固体撮像素子の各受光素子に正確に結像しないが、この収差による影響（画質の悪化）が、メガピクセルと呼ばれるような有効画素数が多い固体撮像素子では、無視できないものとなる。これを改善する方法として、光軸からの距離に応じて焦点距離が長くなるように光デバイスアレイ（固体撮像素子と同じ）のマイクロレンズを形成するものが知られている（例えば特許文献１）。

一方、デジタルカメラ等は、年々小型化されるため、撮影レンズと固体撮像素子との距離を狭くせざるを得なくなっている。このため、撮影レンズの絞りから固体撮像素子に入射する光線は平行光とはならず、撮影光軸から遠いマイクロレンズほど光線が斜めに入射する。この結果、撮影光軸から遠い受光素子ほど到達する光線の光量が撮影光軸に近い受光素子よりも少なくなるから、画面の端部に行くほど画素の濃度が濃くなるシェーディングが生じる。

このようなシェーディングの防止を図った固体撮像素子の構成が、例えば特許文献２に示されている。この特許文献２記載の固体撮像素子は、全体が所定の曲率半径で曲げ形成されており、撮影レンズの絞りから入射する光線は、撮影光軸から遠いマイクロレンズにも頂点部から入射する。すなわち、絞りから入射した光線が各受光素子に均等に到達するから、シェーディングの発生が防止される。

特開平７−０３５９９９号公報特開平６−１３３２２９号公報

上記特許文献１，２では、各マイクロレンズの焦点距離や固体撮像素子の曲率半径が予め設計段階等で決められており、撮像装置の製造工程や撮影時に修正することはできない。したがって、固体撮像素子に製造誤差があったり、また撮像装置の機種が同じでも個体差があった場合には、撮像画像に収差やシェーディングが発生して画質が大幅に悪化し、完成後の撮影検査で大量の不合格品が出たり、製品の評価が下がる原因となる。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる固体撮像素子及び撮像装置及び収差・シェーディング補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するにあたり、本発明の固体撮像素子は、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したことを特徴とする。このような光変形プラスチックから形成したシート部材（以下光変形シートという）としては、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料（プラスチック）をシート状にしたものが英国雑誌「ＮＡＴＵＲＥ」（Vol.245 11 SEPTEMBER 2003 ）などで知られている。この光変形シートは、波長が３６６ｎｍ程度の紫外線の照射により平坦な形状から屈曲変形（湾曲）し、波長が５４０ｎｍ程度の可視光の照射により元の平坦な形状に戻る性質を有している。

また、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層に各受光素子毎に色フィルタを設けるとともに、前記平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記色フィルタの色毎に、前記スペーサの屈曲変形特性を変更したことを特徴とする。

また、面積が相対的に広い主感光部と狭い従感光部とからなる感光部を有する受光素子の上面を覆う平坦化層の上に、各主感光部，各従感光部毎にそれぞれマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有することを特徴とする。

また、前記スペーサの各々は、撮影光軸寄りの端部がマイクロレンズと平坦化層とにそれぞれ固着されていることを特徴とする。また、前記マイクロレンズと平坦化層とに固着されたスペーサの端部の面積は、撮影光軸からの距離に応じて徐々に変化し、撮影光軸に近いほど大きくしてあることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出する検出装置と、前記収差情報及び／又はシェーディング情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節する光源装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の収差・シェーディング補正方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出し、この情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節することを特徴とする。

また、前記固体撮像素子に被写体光を結像させるズームレンズのズーム倍率に応じて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えて各マイクロレンズの傾きを調節し、前記ズームレンズのズーム倍率に起因する撮像画像の収差及び／又はシェーディングを補正することを特徴とする。

本発明の固体撮像素子によれば、複数の受光素子の上面を覆う平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したので、スペーサに第一波長域の光，第二波長域の光を選択的に照射することにより、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。

また、平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、色フィルタの色毎にスペーサの屈曲変形特性を変更したので、スペーサに第一波長域の光，第二波長域の光を選択的に照射することにより、色毎に相違する収差の発生度合を補正でき、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。

また、平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有するので、デジタルカメラの製造時や撮影時に、スペーサに第一波長域の光，第二波長域の光を選択的に照射することにより、主感光部と従感光部とでそれぞれ個別に撮像画像の収差やシェーディングを補正でき、よりきめ細かな補正ができる。

また、前記スペーサの各々は、撮影光軸寄りの端部がマイクロレンズと平坦化層とにそれぞれ固着されているので、スペーサの湾曲変形がより有効にマイクロレンズの傾きに反映され、正確な補正に寄与できる。また、前記マイクロレンズと平坦化層とに固着されたスペーサの端部の面積は、撮影光軸からの距離に応じて徐々に変化し、撮影光軸に近いほど大きくしてあるので、マイクロレンズの傾きをより正確に制御でき、また振動が加えられてもマイクロレンズの傾きが変化するのを防止できる。

また、本発明の撮像装置によれば、前記固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出する検出装置と、前記収差情報及び／又はシェーディング情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節する光源装置とを備えたので、製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。

また、本発明の収差・シェーディング補正方法は、前記固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出し、この情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節するので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。

また、前記固体撮像素子に被写体光を結像させるズームレンズのズーム倍率に応じて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えて各マイクロレンズの傾きを調節し、前記ズームレンズのズーム倍率に起因する撮像画像の収差及び／又はシェーディングを補正するので、撮像装置の製造時や撮影時に撮像画像の収差やシェーディングを補正できる。

本発明を実施した撮像装置としてのデジタルカメラの外観を示す図１において、デジタルカメラ１０のカメラ本体１１の前面の右上部には、対物側ファインダ窓１２が設けられており、中央部には、開閉自在にスライド操作される半月状のレンズバリア１３が組み付けられている。このレンズバリア１３が開放位置にスライド操作された時に、撮影レンズ１４、ストロボ発光部１５等が露呈する。また、カメラ本体１１の上面には、シャッタボタン１６が設けられている。

デジタルカメラ１０の電気的な構成を示す図２において、鏡筒２０内に撮影レンズ１４，絞り板２１及びＣＣＤ２２を収納したレンズユニット２５が設けられている。このレンズユニット２５には、詳しくは後述するように、ＣＣＤ２２に波長が５４０ｎｍ付近の緑色光を照射する緑色ＬＥＤ２８と、波長が３６６ｎｍ程度の紫外線を照射する紫外線ＬＥＤ２９とが設けられている。

ＣＣＤ２２は、撮像レンズ１４から絞り板２１の絞り開口２１ａを介して入射する被写体光を撮像信号に変換する。ＣＣＤ２２で変換された撮像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）３１に入力される。ＣＤＳ３１は、ＣＣＤ２２から入力された撮像信号をＣＣＤ２２の各セル（フォトダイオード）の蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力する。

ＣＤＳ３１から出力された画像データは、増幅器（ＡＭＰ）３２で増幅される。Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）３３は、ＡＭＰ３２で増幅された画像データをデジタルの画像データに変換する。Ａ／Ｄ３３から出力されたデジタルの画像データは、画像信号処理部３４に入力される。なお、ＣＣＤ２２，ＣＤＳ３１，ＡＭＰ３２，Ａ／Ｄ３３及び画像信号処理部３４には、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３０からタイミング信号（クロックパルス）が入力される。

画像信号処理部３４は、Ａ／Ｄ３３から出力された画像データに階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理を施してから、バッファメモリ３５に一旦格納する。このバッファメモリ３５に格納された画像データは、ＬＣＤドライバ３６によりコンポジット信号に変換され、カメラ本体１１の背面に設けられたＬＣＤ３７に表示される。

ＹＣ処理部３８は、画像信号処理部３４で各種画像処理を施された画像データをバッファメモリ３５から読み出して、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換する。圧縮伸長処理部４０は、この変換された画像データに対して、所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す。圧縮伸長処理部４０により圧縮された画像データは、カードＩ／Ｆ４１を介してメモリカード４２に記録される。

メインＣＰＵ４５は、バス４７を介してデジタルカメラ１０全体の動作を統括的に制御する。また、メインＣＰＵ４５には、前述のシャッタボタン１６の他に、モードダイヤル，十字キー等からなる操作部４８，ＥＥＰＲＯＭ４９，収差・シェーディング補正テーブル５０，緑色ＬＥＤ２８の点灯制御を行う緑色光制御部５２，紫外線ＬＥＤ２９の点灯制御を行う紫外線制御部５３及び測光・測距用ＣＰＵ５５が接続されている。

ＥＥＰＲＯＭ４９には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。メインＣＰＵ４５は、これらの情報をＥＥＰＲＯＭ４９から作業用メモリであるワークメモリ５７に読み出して、各種処理を実行する。

測光・測距用ＣＰＵ５５は、被写体の輝度、および被写体と撮像レンズ１４との距離を検出し、メインＣＰＵ４５に検出結果を送信する。メインＣＰＵ４５は、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露光量となるように撮像レンズ１４及び絞り板２１の各種パラメータを調整する。また、測光・測距用ＣＰＵ５５は、メインＣＰＵ４５からフィードバックされる調整信号を元に、撮像レンズ１４，絞り板２１、およびストロボ装置５８を制御する充電・発光制御部５９を駆動する。なお、ストロボ装置５８には、前記ストロボ発光部１５が含まれる。

ＣＣＤ２２の一部を概略的に示す図３において、基板６２には被写体光を光電変換して得られる信号電荷を蓄積する多数のフォトダイオード６４が設けられている。また、基板６２上には、各フォトダイオード６４から信号電荷を取り出して垂直転送する垂直転送ＣＣＤと、垂直転送ＣＣＤで転送されてくる信号電荷を水平転送する水平転送ＣＣＤとからなる電荷転送部６６が設けられている。また、基板６２上には、フォトダイオード６４及び電荷転送部６６を覆う平坦化層（例えばＳｉ０₂）６８が設けられ、この平坦化層６８内の各フォトダイオード６４の上方には、各フォトダイオード６４毎にマイクロカラーフィルタ７０が設けられている。

各フォトダイオード６４の上方の平坦化層６８の上面には、各フォトダイオード６４毎にそれぞれマイクロレンズ７２がスペーサ７４を介して設けられている。このスペーサ７４は、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料で作られた光変形プラスチックから形成され、３６６ｎｍの紫外線の照射量に応じて一定量を越えない範囲で湾曲し、５４０ｎｍの可視光（緑色光）を照射したときには湾曲状態から元の平坦な形状に戻る性質を有している。

前記スペーサ７４は、図４に示すように、フォトダイオード６４に光を通すように中央部に開口７４ａを形成してあり、撮影光軸Ｌに近い方の端部７４ｂの下面が平坦化層６８に、また上面がマイクロレンズ７２に固着されている（図３参照）。なお、端部７４ｂは面積が小さいドット状をしている。これにより、５４０ｎｍの可視光（緑色光）を照射したときには、スペーサ７４が、図３（Ａ）に示すように、平らになっており、マイクロレンズ７２に傾きがない。

また、３６６ｎｍの紫外線を照射したときには、スペーサ７４が、同図（Ｂ）に示すように、湾曲変形して、マイクロレンズ７２が端部７４ｂ側を支点として傾く。この傾きの度合は、撮影光軸Ｌから離れるにつれて大きくなるように、３６６ｎｍの紫外線の照射量が撮影光軸Ｌから離れるにつれて多くなるようにされている。

ところで、デジタルカメラ１０の小型化のために撮影レンズ１４とＣＣＤ２２との距離を十分に確保できないため、絞り板２１の絞り開口２１ａからＣＣＤ２２に入射する光線は平行光にならない。このため、撮影光軸Ｌから離れたマイクロレンズ７２ほど、光線が斜めに入射して良好にフォトダイオード６４に到達しないから、画面の端部に行くほど画素の濃度が濃くなるシェーディングが生じる。また、撮影レンズ１４に球面収差や非点収差，像面湾曲等の収差がある場合、撮影光軸Ｌから離れるほど、その収差による画質の悪化が顕著になる。

そこで、デジタルカメラ１０が完成した後、出荷前に、収差とシェーディングについてそれぞれの補正量を検出する。収差の補正量を検出するには、図５のフローチャートに示すように、操作部４８を操作してデジタルカメラ１０を収差補正量検出モードに設定する（ｓｔ１）。

緑色ＬＥＤ２８が点灯して５４０ｎｍ波長付近の緑色光がＣＣＤ２２に照射され（ｓｔ２）、スペーサ７４が平らなデフォルト状態になる。そして、撮影レンズ１４から例えば３ｍ前方に所定のパターン図柄が描かれたチャート図を配置し、この面に撮影レンズ１４のピントを合わせた後、シャッタボタン１６を押し下げる（ｓｔ３）。

ＣＣＤ２２からの撮像信号は、ＣＤＳ３１，ＡＭＰ３２を経てＡ／Ｄ３３によりデジタルの画像データに変換され、画像信号処理部３４によって階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理が施されてから、バッファメモリ３５に一旦格納される。この画像データは、メインＣＰＵ４５によって読み出され、各フォトダイオード６４毎に収差が計測される。そして、この計測結果は、デフォルト収差データとして収差・シェーディング補正テーブル５０に入力される（ｓｔ４）。

続いて、紫外線ＬＥＤ２９が点灯され、３６６ｎｍの紫外線がＣＣＤ２２に照射される（ｓｔ５）。この照射時間中、一定間隔で連続的にＣＣＤ２２が駆動され、チャート図が撮影される（ｓｔ６）。ＣＣＤ２２からの撮像信号が画像データに変換されてバッファメモリ３５に格納される。メインＣＰＵ４５は、各画像データを順次に読み出して各フォトダイオード６４毎に収差を計測する。そして、収差が最も小さくなった時点（ｓｔ７）における紫外線ＬＥＤ２９の点灯時間を収差補正データとして収差・シェーディング補正テーブル５０に入力する（ｓｔ８）。

次に、図６のフローチャートに示すように、操作部４８を操作してデジタルカメラ１０をシェーディング補正量検出モードに設定する（ｓｔ１１）。緑色ＬＥＤ２８が点灯して５４０ｎｍ波長付近の緑色光がＣＣＤ２２に照射され（ｓｔ１２）、スペーサ７４が平らなデフォルト状態になる。そして、撮影レンズ１４から例えば３ｍ前方に１８％グレーのグレーボードを配置し、この面に撮影レンズ１４のピントを合わせた後、シャッタボタン１６を押し下げる（ｓｔ１３）。

ＣＣＤ２２からの撮像信号は、上記と同様に各種の処理を経てから、バッファメモリ３５に一旦格納される。この画像データは、メインＣＰＵ４５によって読み出され、各フォトダイオード６４毎の輝度が読み出され、これに基づいてシェーディングの状態が計測される。そして、この計測結果は、デフォルトシェーディングデータとして収差・シェーディング補正テーブル５０に入力される（ｓｔ１４）。

続いて、紫外線ＬＥＤ２９が点灯され、３６６ｎｍの紫外線がＣＣＤ２２に照射される（ｓｔ１５）。この照射時間中、一定間隔で連続的にＣＣＤ２２が駆動され、グレーボードが撮影される（ｓｔ１６）。ＣＣＤ２２からの撮像信号が画像データに変換されてバッファメモリ３５に格納される。メインＣＰＵ４５は、各画像データを順次に読み出して各フォトダイオード６４毎の輝度からシェーディングの状態を計測する。そして、シェーディングが最も小さくなった時点（ｓｔ１７）における紫外線ＬＥＤ２９の点灯時間をシェーディング補正データとして収差・シェーディング補正テーブル５０に入力する（ｓｔ１８）。

このように構成されたデジタルカメラ１０で撮影を行うには、図７のフローチャートに示すように、デジタルカメラ１０の電源をオンにすると（ｓｔ２１）、デジタルカメラ１０はデフォルトで撮影モードにセットされる（ｓｔ２２）。メインＣＰＵ４５によって収差・シェーディング補正テーブル５０から収差補正データ及びシェーディング補正データが読み出され（ｓｔ２３）、まず緑色ＬＥＤ２８が点灯され（ｓｔ２４）、スペーサ７４が平らなデフォルト状態になった後、収差及びシェーディングが補正されるように、紫外線ＬＥＤ２９が点灯され、３６６ｎｍの紫外線がＣＣＤ２２に照射される（ｓｔ２５）。

この紫外線は、撮影光軸ＬからＣＣＤ２２の周辺部にいくほど照射量が多くなるようにＣＣＤ２２に照射され、スペーサ７４が、図３（Ｂ）に示すように、湾曲変形して、マイクロレンズ７２が端部７４ｂ側を支点として傾く。これにより、絞り開口２１ａから鏡筒２５内に進入した被写体光の光線は、各フォトダイオード６４に良好に結像される。

撮影レンズ１４を被写体に向け、構図を決めてからシャッタボタン１６を押し下げる（ｓｔ２６）。ＣＣＤ２２が駆動され、ＣＣＤ２２からの撮像信号は、ＣＤＳ３１，ＡＭＰ３２を経てＡ／Ｄ３３によりデジタルの画像データに変換され、画像信号処理部３４によって階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理が施されてから、バッファメモリ３５に一旦格納される。この画像データは、ＹＣ処理部３８によって読み出され、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換された後、圧縮伸長処理部４０によって所定の圧縮形式で画像圧縮され、カードＩ／Ｆ４１を経てメモリカード４２に記録される（ｓｔ２７）。このメモリカード４２に記録された画像データは、収差及びシェーディングがない高画質なものである。

このようにデジタルカメラ１０の出荷前に収差及びシェーディングの補正を行うことができるから、たとえＣＣＤ２２に製造誤差があったり、デジタルカメラ１０の組立に際して撮影レンズ１４とＣＣＤ２２との位置精度が十分でなかったとしても、収差やシェーディングのない高画質な画像を撮像できる。

本実施形態では、収差とシェーディングの両方を同時に補正するようにしたが、撮影の目的等によっては、収差あるいはシェーディングの片方だけを補正するようにしてもよい。なお、スペーサ７４の光変形特性が、ある程度高い温度環境のもとで有効に発揮される場合には、鏡筒２５内に小型の赤外ランプを取り付け、収差，シェーディングの補正時に赤外線（熱線）を照射するようにしておけばよい。

また、上記実施形態では、スペーサ７４の傾きの度合が撮影光軸Ｌから離れるにつれて大きくなるように、３６６ｎｍの紫外線の照射量が撮影光軸Ｌから離れるにつれて多くなるようにしたが、例えばスペーサ７４の傾きの度合が撮影光軸Ｌから離れるにつれて大きくなるように、スペーサ７４に用いる光変形プラスチックの湾曲特性を変更するようにしてもよい。

また、平坦化層６８及びマイクロレンズ７２に固着するスペーサ７４の端部７４ｂは、面積が小さいドット状であったが、図８に示すように、ＣＣＤ２２の撮影光軸Ｌに近いスペーサ７４ほど、端部７４ｃの面積を大きくしてもよい。これにより、スペーサ７４に照射する紫外線の量を周辺部にいくに従って徐々に多くしなくても、周辺部のスペーサ７４の湾曲変形が大きくなり、マイクロレンズの傾きをより正確に制御できる。また、振動が加えられても、特に撮影光軸Ｌに近いマイクロレンズの傾きが変化するのを防止できる。なお、端部７４ｃの形状は、図８に示すような三角形状に限定されず、例えば円弧状でもよい。

また、撮影レンズとしてズームレンズを用いる場合、ズームレンズは固定焦点レンズに比べて収差が大きく、またその収差もズーム倍率すなわち焦点距離によって変わる。そこで、ズームレンズの変倍レンズの位置と収差との関係を計測しておき、補正データとしてルックアップテーブルに記憶しておく。

図９に示すように、ズーム倍率が変更されると（ｓｔ３１）、変倍レンズの位置が検出される（ｓｔ３２）。変倍レンズの位置に応じてルックアップテーブルから補正データを読み出してから（ｓｔ３３）、まず緑色ＬＥＤ２８が点灯され（ｓｔ３４）、スペーサ７４が平らなデフォルト状態になった後、ズームレンズのズーム倍率に起因する収差が補正されるように、紫外線ＬＥＤ２９が点灯される（ｓｔ３５）。この後、実際の撮影が行われ（ｓｔ３６）、画像データの記録が行われる（ｓｔ３７）。

また、図１０に示すように、ＣＣＤ８０のマイクロカラーフィルタであるＲフィルタ８１，Ｇフィルタ８２，Ｂフィルタ８３毎に湾曲変形特性が異なる光変形プラスチックから形成したスペーサ８５，８６，８７を設けるようにしてもよい。これにより、色によって収差の発生度合が異なることに対処でき、より高画質な撮像画像を得ることができる。

前記スペーサ８５，８６，８７は、図１１に示すように、中央部に開口を設けていないシート状をしている。スペーサ８５，８６，８７は、アゾベンゼン分子を主原料とする高分子材料で作られているため、黄色〜茶色をしており、本来は不透明であるが、非常に薄く、例えば１〜２μに加工すると、光を透過するようになる。ただし、スペーサ８５，８６，８７を透過した光が黄色味を帯びるので、画像処理又はＲフィルタ８１，Ｇフィルタ８２，Ｂフィルタ８３によって補正する。なお、スペーサ８５，８６，８７を薄くしてもマイクロレンズ８８のサイズが２〜３μであるから、スペーサ８５，８６，８７の湾曲変形によって十分に動かすことができる。

また、図１２に示すように、本発明はハニカム型のＣＣＤにも適用できる。ＣＣＤ９０、光電変換素子である画素９１の受光部９２が八角形をしている。受光部９２は、二分割されており、面積が小さい低感度部９３と、面積が大きい高感度部９４とからなる。低感度部９３，高感度部９４には、各上方には、スペーサ９６，９７が設けられ、更にその上にマイクロレンズ（図示せず）が設けられている。スペーサ９６，９７は、前記実施形態と同様に、撮影光軸Ｌ寄りの端部９６ａ，９７ａが、下方の平坦化層９８と上方のマイクロレンズとに固着されている。このように、低感度部９３，高感度部９４のそれぞれについて個別に収差やシェーディングを補正できるので、きわめて高画質な撮像画像を得ることができる。

次に、別の実施形態を示す図１３及び図１４において、ＣＣＤ１００の上部には、多数のマイクロレンズ１０２が形成された矩形状をしたマイクロレンズシート１０４が設けられている。マイクロレンズシート１０４の周縁部には、光変形プラスチックから形成した枠状の光変形シート１０５が固着され、この外周縁部は、鏡筒の一部１０７に固定されている。

また、光変形シート１０５の４辺に対面する位置には、緑色ＬＥＤ１０８，紫外線ＬＥＤ１０９がそれぞれ設置されている。また、マイクロレンズシート１０４と光変形シート１０５との境界部には、緑色ＬＥＤ１０８，紫外線ＬＥＤ１０９からの光がＣＣＤ１００側に洩れないように仕切り部材１１１が設けられている。また、温度センサ１１２がマイクロレンズシート１０４の近傍に設けられている。

マイクロレンズシート１０４は透明樹脂で形成されているので、温度によって伸縮変形する。このマイクロレンズシート１０４の変形度合と温度との関係を予め計測しておき、補正データとしてデジタルカメラのルックアップテーブルに記憶しておく。ＣＣＤ１００を搭載したデジタルカメラは、電源をオンにした状態では常に一定間隔で温度センサ１１２がマイクロレンズシート１０４付近の温度を測定しており、この測定温度に対応した補正データをルックアップテーブルから読み出して緑色ＬＥＤ１０８，紫外線ＬＥＤ１０９を駆動する。

例えば温度が高くてマイクロレンズシート１０４が伸びる時には、緑色ＬＥＤ１０８が点灯して緑色ＬＥＤ１０８から緑色光が光変形シート１０５に照射され、光変形シート１０５は真っ直ぐに延び、マイクロレンズシート１０４が縮まる方向にマイクロレンズシート１０４に力が加わるから、マイクロレンズシート１０４の変形が防止される。

また、温度が低くてマイクロレンズシート１０４が伸びる時には、紫外線ＬＥＤ１０９が点灯して紫外線が光変形シート１０５に照射され、光変形シート１０５は湾曲変形してマイクロレンズシート１０４が伸びるようにマイクロレンズシート１０４に力が加えられるから、マイクロレンズシート１０４の変形が防止される。

本発明の固体撮像素子は、デジタルカメラや携帯電話用のカメラ部等の各種撮像装置に適用される他、電子内視鏡等の医療機器にも適用される。

本発明を用いたデジタルカメラの外観図である。デジタルカメラの電気的な構成を示すブロック図である。ＣＣＤの要部概略断面図である。スペーサの配列図である。収差補正量検出のシーケンスを示すフローチャートである。シェーディング補正量検出のシーケンスを示すフローチャートである。撮影のシーケンスを示すフローチャートである。固着の方法が異なるスペーサの配列図である。ズーム倍率に応じた収差補正のシーケンスを示すフローチャートである。ＲＧＢ毎に異なったスペーサを設けたＣＣＤの要部概略断面図である。開口がないスペーサの配列図である。ハニカム型のＣＣＤの要部概略断面図である。マイクロレンズシートの温度による変形を補正する実施形態を示す説明図である。図１３に示す実施形態を側方から示す概略断面図である。

符号の説明

１０デジタルカメラ
１４撮影レンズ
２１絞り板
２２，８０，９０，１００ＣＣＤ
２８，１０８緑色ＬＥＤ
２９，１０９紫外線ＬＥＤ
４５メインＣＰＵ
５０収差・シェーディング補正テーブル
７２，８８，１０２マイクロレンズ
７４，８５〜８７，９６，９７スペーサ
１０５光変形シート

Claims

複数の受光素子の上面を覆う平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成したことを特徴とする固体撮像素子。
複数の受光素子の上面を覆う平坦化層に各受光素子毎に色フィルタを設けるとともに、前記平坦化層の上に各受光素子毎にマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記色フィルタの色毎に、前記スペーサの屈曲変形特性を変更したことを特徴とする固体撮像素子。
面積が相対的に広い主感光部と狭い従感光部とからなる感光部を有する受光素子の上面を覆う平坦化層の上に、各主感光部，各従感光部毎にそれぞれマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、
前記平坦化層と各マイクロレンズとの間にそれぞれスペーサを設け、各スペーサを、第一波長域の光を受けて屈曲変形し第二波長域の光を受けて復元する光変形プラスチックから形成するとともに、前記主感光部に設けたスペーサと従感光部に設けたスペーサとが互いに異なる屈曲変形特性を有することを特徴とする固体撮像素子。
前記スペーサの各々は、撮影光軸寄りの端部がマイクロレンズと平坦化層とにそれぞれ固着されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の固体撮像素子。
前記マイクロレンズと平坦化層とに固着されたスペーサの端部の面積は、撮影光軸からの距離に応じて徐々に変化し、撮影光軸に近いほど大きいことを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
前記請求項１ないし５いずれか記載の固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出する検出装置と、前記収差情報及び／又はシェーディング情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節する光源装置とを備えたことを特徴とする撮像装置。
前記請求項１ないし５いずれか記載の固体撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮像画像の収差情報及び／又はシェーディング情報を検出し、この情報に基づいて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えることにより、撮像画像の収差及び／又はシェーディングが減少するように各マイクロレンズの傾きを調節することを特徴とする収差・シェーディング補正方法。
前記請求項１ないし５いずれか記載の固体撮像素子に被写体光を結像させるズームレンズのズーム倍率に応じて、前記スペーサに第一波長域の光又は第二波長域の光を選択的に与えて各マイクロレンズの傾きを調節し、前記ズームレンズのズーム倍率に起因する撮像画像の収差及び／又はシェーディングを補正することを特徴とする収差・シェーディング補正方法。