JP5031173B2 - 撮像装置と撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラレンズを通った光が結像する面に受光素子を２次元的に配列させた固体撮像素子を配設し、光の強度を電気信号に変換することによって，各画素における色または輝度情報という形式で動画像または静止画像を出力する撮像装置に関し、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサの受光部側上に微小な集光レンズ（マイクロレンズアレイ）等を配設した撮像装置に関する。
具体的には、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、防犯用監視カメラ等の撮像装置が挙げられるがこれらに限定はされない。
【０００２】
【従来の技術】
カメラレンズと該カメラレンズを通った光の結像面に感光部を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置においては、近年、その感度を向上し、ノイズの低減を目的として、図１８に示すように、その感光部への集光効率を高めるために、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる微小集光レンズ（以下、マイクロレンズとも言う）を形成している。
撮像装置の構成概略図である図１８に基づいて、このような、撮像装置を簡単に説明しておく。
尚、図１８のＤ１は撮像部の中心部の断面で、Ｄ２は周辺部の断面で、他は省略して示してある。
カメラレンズ１１０の光軸１１５上を通過する光線は、固体撮像素子１２０の感光部１２５に垂直に入射し、光軸１１５から離れるに従い斜め入射する入射角θ０を大とするが、マイクロレンズ１３０により効率良く集光するためには、光軸１１５からのマイクロレンズ１３０の位置と感光部との位置関係を所定量だけずらしておく必要がある。
このようなずらしを画素ずらしと言い、従来は、画素ずらしにより、周辺の光量の低下を防止していた。
しかしながら、画素ずらしを採用した場合、マイクロレンズ１３０と固体撮像素子１２０の感光部を、それぞれ、均一なピッチで形成することはできず、設計上の制約やその作製が難しくなると言う問題があった。
また、画素ずらしはかなり効果的ではあるが、特に広角のカメラレンズに対しては効果が十分ではないという問題があった。
撮像素子としては、従来は、ＣＣＤイメージセンサが主流であったが、近年は消費電力の低さで優位性のあるＣＭＯＳイメージセンサがより積極的に採用されるようになってきた。
しかし、セル内で光が通過して感光部にまで達する奥行きは、ー般的にはＣＭＯＳイメージセンサの方が深いので、ＣＭＯＳイメージセンサの場合、ＣＣＤイメージセンサに比べ周辺光量低下も顕著でより問題となっていた。
【０００３】
尚、図１８におけるＤ０部のように、感光部１２５、平坦化層１７１、１７２、充填材料１７３、遮光部１５０、カラーフィルタ１４０、平坦化層マイクロレンズの組みを単位の感光機能領域として、セルと呼び、このようなセルが、撮像面側に敷き詰められている。
セルの撮像素子面に沿う断面は正方形であることが多いが、長方形や正六角形であることもあり、そのピッチサイズは、現状では、３μｍ〜１２μｍ程度であるものがー般的である。
感光部１２５はセルの底部に配置され、そこに入射した光の強度に応じて、光強度を電気信号に変換する。
そして、感光部１２５から出力された電気信号に補間等の処理を施すことにより．ディジタル画像が出力される。
セル内部に金属配線等を配置する必要性から、セルの底面全体にわたって感光部を設けるのは困難であり、感光部１２５の領域はセルの底面領域のー部分である。
【０００４】
微小集光レンズ（マイクロレンズ）は、従来、集光部上側に形成された樹脂部を熱フローにてレンズ状に形成していた。
この方法の１例を、図１９に基づいて、以下、簡単に説明しておく。
尚、図１９中、３０１はデバイス基板（イメージセンサ基板）、３０２はシリコンウエハ、３０３は感光部（受光素子とも言う）、３０４はカラーフィルタ、３０４ａは平坦化層、３０５は平坦化層、３０６はレジスト層、３０７はフォトマスク、３０８は露光光、３０９はレジストパターン（現像後のレジスト像）、３１０は凸レンズ（熱フロー後のレジスト像）である。
本例は、シリコンウエハ３０２の一面に形成された感光部３０３上側に、カラーフィルタ３０４を配設したデバイス基板３０１（図１９（ａ）に対し、その各感光部３０３に対応して微小集光レンズを設ける場合である。
先ず、ディバイス基板３０１のカラーフィルタ３０４を覆う平坦化層３０５を設け、更に平坦化層３０５上にレンズを形成するための感光性の樹脂であるレジスト層３０６を塗布する。（図１９（ｂ））
次いで、フォトマスク３０７をレジスト層３０６に近接した状態で、レジスト層３０６を選択露光し（図１９（ｃ））、現像処理して、各感光部３０３に対応する領域に感光部３０３を覆う略四角状のレジストパターン３０９を形成する。（図１９（ｄ））
尚、露光方法としては、フォトマスクを用いてステッパーにて縮小投影する露光方法も採られている。
この後、熱処理してレジストパターン３０９を熱フローさせ、各感光部３０３に対応した凸レンズ３１０を形成する。（図１９（ｅ））
この方法の場合、レジストパターン３０９を熱フローにより凸レンズ形状とするため、所望の焦点距離を有する集光効率の良いレンズの形成することが難しかった。
特に、感光部までの距離が長いＣＭＯＳイメージセンサにおいては、熱処理による自然フローでは、焦点距離の長い設計通りのレンズ形状を形成することができなかった。
【０００５】
また、別に、特開平５−１４２７５２号公報には、微細なドットパターンの分布を用いて透過率を変化させることで，微小集光レンズを作成する方法が開示されている。
しかし、この方法の場合、エッチバックによりマイクロレンズを形成しており、且つ、マスクのパターン作成において、乱数によるパターンの配置を行う方法が採られているため、正確な所望の透過光量プロフファイルを得るのは困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３２７６２号公報（図１）
【特許文献２】
特開平５−１４２７５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーにおいては、感光部の集光効率を高めるため、フォトマスクを用いたパターン形成により、各感光部に微小集光レンズを形成し、更に、画素ずらしにより、周辺セルの感光部の受ける光量の低下を防いでいるが、設計上の制約やその作製の困難さがあり、且つ、周辺のセルの光量の低下防止の効果が十分でなく、対応が求められていた。
本発明は、これに対応するもので、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の図１６に示す撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置を提供しようとするものである。
【０００８】
本発明の撮像装置は、カメラレンズを通った光の結像面に受光素子を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、カメラレンズからの光を固体撮像素子に入射させ、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、各受光素子に対応したセルの入射光側に１個ずつマイクロレンズを配設して、マイクロレンズアレイを形成しており、前記マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズは、空気の屈折率をｎ _１ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ _２ とし、ａ、ｃ、ｚ _０ （≠０）を定数としたとき、対応する受光素子の受光領域の中心を原点とし、受光素子からマイクロレンズ側へ向かいＺ座標がプラスとするＸ−Ｙ−Ｚ座標系で、
（ｘ／ａ） ² ＋（ｙ／ａ） ² ＋（（ｚ−ｚ _０ ）／ｃ） ² ＝１ （４）
と表現される回転楕円体の回転軸を傾斜させた、回転楕円体の、ｚ座標がｚ _０ よりプラス側の表面形状の一部分を、その入射光側に持つものであり、
かつ、定数ａ、ｃ、ｚ _０ の間には、
ａ＝［（ｎ _２ ² −ｎ _１ ² ） ^1/2 ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （５）
ｃ＝［ｎ _２ ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （６）
なる関係があり、前記回転楕円体の回転軸は、カメラレンズの射出瞳の中心と受光素子の受光領域中心の点とを結んだ直線と一致するものであり、マイクロレンズに入射した光が集束する点を、受光領域の中心に合せていることを特徴とするものである。
【００１０】
そして、上記の撮像装置であって、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で表わされる回転楕円体の前記表面形状の一部分の位置に合せて作製するマイクロレンズをあてはめた場合、定数ｚ_０は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ０からマイクロレンズ中心へ入射した光線が屈折して受光素子の受光領域中心の原点Ｏに至る光路Ｌを任意に設計し、光路Ｌとマイクロレンズの受光素子面に平行な底面Ｔとの交点をＰ’とし、面Ｔ上で点Ｐ’を中心とするセル領域で点Ｐ’から最も遠い点の１つをＣ１’とし、上記傾斜回転楕円体の表面が点Ｃ１’を通るという条件によって決定されるものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法は、上記発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法であって、マイクロレンズを形成する前の固体撮像素子に対し、そのマイクロレンズ形成側に、マイクロレンズ形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成した後、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布（露光量分布とも言う）を制御するフォトマスクで、且つ、形成するマイクロレンズの形状に合せて作製されたフォトマスクを用い露光して、現像して、形成する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、フォトマスクは、順に、（ａ）マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成したものであることを特徴とするものであり、透過光量分布把握処理は、マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものであることを特徴とするものである。
また、上記において、所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とするものである。
【００１２】
【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、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の図１６に示す撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置の提供を可能としている。
詳しくは、各受光素子に対応したセルの入射光側に１個ずつマイクロレンズを配設して、マイクロレンズアレイを形成しており、前記マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズは、空気の屈折率をｎ _１ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ _２ とし、ａ、ｃ、ｚ _０ （≠０）を定数としたとき、対応する受光素子の受光領域の中心を原点とし、受光素子からマイクロレンズ側へ向かいＺ座標がプラスとするＸ−Ｙ−Ｚ座標系で、
（ｘ／ａ） ² ＋（ｙ／ａ） ² ＋（（ｚ−ｚ _０ ）／ｃ） ² ＝１ （４）
と表現される回転楕円体の回転軸を傾斜させた、回転楕円体の、ｚ座標がｚ _０ よりプラス側の表面形状の一部分を、その入射光側に持つものであり、
かつ、定数ａ、ｃ、ｚ _０ の間には、
ａ＝［（ｎ _２ ² −ｎ _１ ² ） ^1/2 ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （５）
ｃ＝［ｎ _２ ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （６）
なる関係があり、前記回転楕円体の回転軸は、カメラレンズの射出瞳の中心と受光素子の受光領域中心の点とを結んだ直線と一致するものであり、マイクロレンズに入射した光が集束する点を、受光領域の中心に合せていることにより、球面収差のないマイクロレンズとしており、光量を効率的に利用できるものとしている。
【００１４】
特に、個々のマイクロレンズは、その表面形状が前記回転楕円体の回転軸を傾斜させたものの一部分をなし、その回転軸は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ０ と受光素子の受光領域中心の点Ｏとを結んだ直線と一致することにより、上記請求項１〜請求項２の発明の場合に比べ、周辺部においても、個々のマイクロレンズへの入射した光を、受光素子面に直交する方向に制御することを可能としている。
これにより、特に周辺部において、光量の効率的な利用ができるものとしている。
即ち、このようにすることにより、従来に比べて、奥行きがあるセルに入射した光が、よりその受光素子部（感光部とも言う）へ達し易くなり、周辺セルの受光素子部の受ける光量の低下の問題を低減することとなる。
ここで、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で表わされる回転楕円体の前記表面形状の一部分の位置に合せて作製するマイクロレンズをあてはめた場合、定数ｚ_０ は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ０からマイクロレンズ中心へ入射した光線が屈折して受光素子の受光領域中心の原点Ｏに至る光路Ｌを任意に設計し、光路Ｌとマイクロレンズの受光素子面に平行な底面Ｔとの交点をＰ’とし、面Ｔ上で点Ｐ’を中心とするセル領域で点Ｐ’から最も遠い点の１つをＣ１’とし、上記傾斜回転楕円体の表面が点Ｃ１’を通るという条件によって決定されるものであることにより、回転楕円体の一部分であるマイクロレンズをできるだけ大きく設計でき、結果、また更に、光量の効率的な利用ができるものとしている。
【００１５】
本発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法は、このような構成にすることにより、上記本発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法の提供を可能としている。
特に、ウエハレベルでフォトマスクを用いて露光（通常はステッパ露光）を行なう場合には、量産性の良いものとしている。
用いられるフォトマスクとしては、具体的には、順に、（ａ）マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたものが挙げられ、その透過光量（露光量）分布把握処理は、屈折部形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものが挙げられ、更に、前記所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であるものが挙げられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例を挙げ、図に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明に関わる撮像装置の参考第１の例の概略構成図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ０部の説明図で、図２（ａ）はマイクロレンズを説明するための図で、図２（ｂ）はマイクロレンズの設計方法を説明するための図で、図３（ａ）は本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例の概略構成図で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ１部の説明図で、図４はマイクロレンズの設計方法を説明するための図で、図５は従来の球面レンズと回転楕円体レンズとの違いを説明するための図である。
また、図６は、本発明の撮像装置における屈折部の形成方法に用いるフォトマスクの形成方法の１例を示した概略工程図で、図７（ａ）はフォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図で、図７（ｂ）はフォトマスクパターンを表した図で、図８（ａ）は現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図で、図９はオーダードディザ法を説明するための図で、図１０は最大値を１としたディザ行列を示した図で、図１１は誤差分散法を説明するための図で、図１２は図８に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図で、図１３は誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図で、図１４は各種のディザ行列の例を表した図で、図１５（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１５（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図で、図１６は現像後屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜厚と透過光量の関係を示した図で、図１７はマスクと現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜プロファイルとの関係を示した図である。
図１において、Ａ０は撮像部の中心における断面図で、Ａ１、Ａ２は周辺の断面図であり、図３において、Ｂ０は撮像部の中心における断面図で、Ｂ１、Ｂ２は周辺の断面図である。
尚、図５（ａ）は従来の球面レンズの場合を示し、図５（ｂ）は回転楕円体の場合を示している。
また、図６において、Ｓ１１〜Ｓ２２は処理ステップを示す。
図１から図５において、１１０はカメラレンズ、１１５は光軸、１２０は撮像素子、１２５は受光素子（感光部とも言う）、受光素子面１２５Ｓ、１３０、１３１、１３２、１３３はマイクロレンズ、１４０はカラーフィルタ、１５０は遮光部、１６０は光線、１７１、１７２は平坦化層、１７３は充填材料である。
【００１７】
はじめに、本発明に関わる撮像装置の参考第１の例を、図１に基づいて説明する。
参考第１の例の撮像装置は、図１（ａ）にその断面の一部を示す、カメラレンズ１１０と該カメラレンズ１１０を通った光の結像面に受光素子１２５を２次元的に配列させている固体撮像素子１２０を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置で、各受光素子１２５に対応したセルの入射光側に１個ずつマイクロレンズ１３０を配設して、マイクロレンズアレイを形成しているものであり、マイクロレンズ１３０は、いずれも、空気の屈折率をｎ₁ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ₂ とし、ａ、ｃ、ｚ ₀ を定数としたとき、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で、
（ｘ／ａ）² ＋（ｙ／ａ）² ＋（（ｚ−ｚ₀ ）／ｃ）² ＝１ （４）
と表現される回転楕円体のｚ座標がｚ₀ よりプラス側の表面形状の一部分を、その入射光側に持つものであり、かつ、定数ａ、ｃ、ｚ ₀ の間には、
ａ＝［（ｎ₂ ² −ｎ₁ ² ）^1/2 ／ｎ₁ ］＊ｚ₀ （５）
ｃ＝［ｎ₂ ／ｎ₁ ］＊ｚ₀ （６）
なる関係がある同一形状のものを用いており、上記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で表わされる回転楕円体の前記表面形状の一部分の位置に合せて作製するマイクロレンズをあてはめた場合、定数ｚ₀ は、Ｚ軸に直交するマイクロレンズの底面ＴとＺ軸との交点をＰとし、底面Ｔ上で点Ｐを中心とするセル領域で点Ｐから最も遠い点の１つをＣ₁ とし、前記回転楕円体の表面が点Ｃ₁ を通るという条件によって決定されるものである。
そして、個々のマイクロレンズは、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ₀ からマイクロレンズの入射光側の頂点Ｒ１へ入射した光線が屈折して受光素子１２５の受光領域の中心に至るという条件によって決定される移動方向と移動量で、対応する受光素子の受光領域も中心から、マイクロレンズ１３０の位置を受光素子面１２５Ｓに沿い平行移動して配置されている。
図１（ｂ）に示すように、Ａ０部（光軸上の光線が入射する部分のこと）におけるマイクロレンズ１３０を通る光線１６０は、屈折率ｎ₁ の空気側から屈折率ｎ₂ のマイクロレンズ１３０、屈折率がｎ₂ に近い平坦化層１７１、１７２、充填材料１７３、カラーフィルタ１４０を通り、受光素子１２５に至る。
勿論、Ａ１部、Ａ２部においても、同様に、マイクロレンズ１３０を通る光線１６０は、屈折率ｎ₁ の空気側から屈折率ｎ₂ のマイクロレンズ１３０、屈折率がｎ₂ に近い平坦化層１７１、１７２、充填材料１７３、カラーフィルタ１４０を通り、受光素子１２５に至る。
マイクロレンズ１３０は球面収差のないマイクロレンズで、Ａ０部においては、受光素子面１２５Ｓに直交する方向でマイクロレンズに入射する光が、受光素子１２５の受光領域に中心に集束する。
このような形状のマイクロレンズをＡ０以外の箇所においては、個々のマイクロレンズは、基本的にはこのような構造のものにおいて、上記のように、その位置を受光素子面１２５Ｓに沿い平行移動している。
【００１８】
撮像装置においては、図５（ｂ）に示すような球面収差のないマイクロレンズがあれば、これを用いて、従来の、図５（ａ）に示すような球面収差のある球面レンズを用いた場合に比べ、レンズへの光軸に平行な入射、光軸に斜め入射、拡散入射（種々の方向からの入射）において、その集束性が良く、結果的に受光素子１２５の光利用効率を上げることができる、という知見に基づいて、第１の例においては、球面収差のないマイクロレンズを撮像素子１２０全面に用いているのである。
上記式（４）〜式（６）は、Ｓｎｅｌｌの法則と球面収差がないという条件より、導き出されるものである。
これを、以下、簡単に説明しておく。
Ｓｎｅｌｌの法則から、求めるレンズ形状が回転体になることは自明なこととしておき、ここでは、回転軸を含む断面を考える。
そして、Ｘ−Ｙ座標系でレンズの表面形状を、ｙ＝ｆ（ｘ）で表し、ｙ＝ｆ（ｘ）を境とし、その上側（Ｙ軸プラス側）で屈折率ｎ₁ 、下側（Ｙ軸マイナス側）で屈折率ｎ₂ とし、Ｙ軸に平行な光線群を上側から下側に入射させ、レンズ表面で屈折して、集束する焦点を原点とする。
レンズ表面上の任意の１点を（ｘ，ｙ）とすると、（ｘ，ｙ）における接線の傾きは（ｄｘ、ｄｙ）であり、外向きの法線の向きは（−ｄｙ、ｄｘ）である。
法線に対する入射各をθ１、屈折角をθ２とすると、Ｓｎｅｌｌの法則により、
ｎ₁ ｓｉｎθ１＝ｎ₂ ｓｉｎθ２ （７）
ｎ₁ は空気の屈折率、ｎ₂ はレンズ材料の屈折率である。
入射光がＹ軸に平行で、屈折光が原点を通る場合を考えると、
ｔａｎθ１＝（−ｄｙ）／ｄｘ （８）
である。
屈折光とＹ軸とのなす角をθとおくと、
θ２＝θ１−θ （９）
となる。
この屈折光が原点を通ることから、
ｃｏｓθ＝ｙ／（ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 （１０）
ｓｉｎθ＝ｘ／（ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 （１１）
である。
これらより、微分方程式
ｄｙ／ｄｘ＝ｎ₂ ｘ／［ｎ₁ （ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 −ｎ₂ ｙ］ （１２）
を得る。
この段階で、例えば、ｎ₁ ＝１、ｎ₂ ＝１. ６として、Ｘ−Ｙ平面上に、プロットし、この解の形状をみると、解は楕円であることが分かる。
そこで、楕円の式
（ｘ／ａ）² ＋［（ｙ−ｙ０）／ｂ］² ＝１ （１３）
をあてはめる。
この式から、
ｄｙ／ｄｘ＝（−ｂ² ｘ）／ａ² （ｙ−ｙ０） （１４）
である。
（１２）式と、（１４）式から、
ｂ² ｎ₁ （ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 ＝（ｂ² −ａ² ）ｎ₂ ｙ＋ａ² ｎ₂ ｙ０ （１５）
となる。
これより、楕円の式（１３）を用いてｘを消去し、両辺を２乗すると、ｙについての２次式が恒等的に０であるという形を得て、
ａ＝［（ｎ₂ ² −ｎ₁ ² ）^1/2 ／ｎ₁ ］＊ｙ０ （１６）
ｃ＝［ｎ₂ ／ｎ₁ ］＊ｙ０ （１７）
が得られる。
逆に、このような関係を満たすとき、（１３）式の楕円が元の微分方程式（１２）の解になっていることは、直接的に代入して確認することができる。
そして、途中に、
ｘ² ＋ｙ² ＝［（ｎ₂ ／ｎ₁ ）ｙ＋（ｎ₂ ² −ｎ₁ ² ）ｙ０／ｎ₁ ｎ₂ ］²
・・・・（１８）
を得て、平方根をはずすことができる。
これより、このＹ軸を改めてＺ軸とラベルをつけ替えて、楕円をＺ軸の周りに回転することによって回転楕円体を得る。
即ち、式（４）、（５）、（６）を求めることができる。
【００１９】
ここで、定数ｚ₀ の決定とマイクロレンズの形状決定の方法を簡単に説明しておく。
第１の例の場合、Ａ０部（光軸上の光線が入射する部分のこと）におけるマイクロレンズ１３０と対応する受光素子１２５とは、図２（ａ）に示すような関係にある。
ここでは、受光素子１２５の受光領域の中心Ｏを原点とする、ＸＹＺ座標系を形成し、Ｘ−Ｙ面、Ｚ方向を図に示すようにとっている。
即ち、マイクロレンズに入射した光が集束する点を、受光領域の中心Ｏに合せている。
定数ｚ₀ の値に応じて、図２（ｂ）に示すように、回転楕円体の形状は、いろいろとなるが、ここでは、図２（ａ）のようにするための条件を加味した上で、この定数ｚ₀ は、マイクロレンズを底面を面Ｔとし、面ＴとＺ軸との交点をＰとし、面Ｔ上で点Ｐを中心とするセル領域で点Ｐから最も遠い点の１つをＣ₁ とし、前記回転楕円体が点Ｃ₁ を通るという条件によって決定されるものであり、これより、回転楕円体の形状が決まり、マイクロレンズの形状も決定される。
【００２０】
第１の例の変形例としては、第１の例におけるマイクロレンズ１３０を、これとは異なる集束点を持つ下記のものに代えたものが挙げられる。
すなわち、個々のマイクロレンズは、第１の例の場合とは集束点の位置が異なるもので、空気の屈折率をｎ₁ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ₂ とするとき、定数ａ、ｃを、
ａ＝（ｎ₂ ² −ｎ₁ ² ）^1/2 ／ｎ₁ （１）
ｃ＝ｎ₂ ／ｎ₁ （２）
として、
（ｘ／ａ）² ＋（ｙ／ａ）² ＋（ｚ／ｃ）² ＝１ （３）
によって表現される回転楕円体のｚ座標がプラス側を拡大、縮小、平行移動、または傾斜させて得られる表面形状の一部分を、その入射光側に持つものが挙げられる。
実際、カメラレンズ全体からの入射光を考慮すると、最も集光性が高くなるのは、集束点の位置が必ずしも先の例のようではない場合がある。
その際、平行移動（ｚ₀ に相当）等は個別に決定する。
【００２１】
次に、本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例を、図３に基づいて説明する。
第１の例の撮像装置は、図２（ａ）にその断面の一部を示す、カメラレンズ１１０と該カメラレンズ１１０を通った光の結像面に受光素子１２５を２次元的に配列させている固体撮像素子１２０を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置で、各受光素子１２５に対応したセルの入射光側に１個ずつマイクロレンズを配設して、マイクロレンズアレイを形成しているものであり、個々のマイクロレンズは、空気の屈折率をｎ₁ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ₂ とし、ａ、ｃ、ｚ ₀ を定数としたとき、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で、
（ｘ／ａ）² ＋（ｙ／ａ）² ＋（（ｚ−ｚ₀ ）／ｃ）² ＝１ （４）
と表現される回転楕円体のｚ座標がｚ₀ よりプラス側の表面形状の一部分を、その入射光側に持つものであり、かつ、定数ａ、ｃ、ｚ ₀ の間には、
ａ＝［（ｎ₂ ² −ｎ₁ ² ）^1/2 ／ｎ₁ ］＊ｚ₀ （５）
ｃ＝［ｎ₂ ／ｎ₁ ］＊ｚ₀ （６）
なる関係がある同一形状のものを用いたもので、更に、個々のマイクロレンズは、その表面形状が回転楕円体の回転軸を傾斜させたものの一部分をなし、その回転軸は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ₀ と受光素子の受光領域中心の点Ｏとを結んだ直線と一致するものである
図３（ｂ）に示すように、光軸上の光線１６０が入射するＢ０部からはなれたＢ１部におけるマイクロレンズ１３２を通る光線１６０は、屈折率ｎ₁ の空気側から屈折率ｎ₂ のマイクロレンズ１３２、屈折率がｎ₂ に近い平坦化層１７１、１７２、カラーフィルタ１４０を通り、受光素子１２５に至るものである。
個々のマイクロレンズは、基本的にはこのような構造のものにおいて、上記のように、その位置に対応して、上記回転楕円体の回転軸を傾斜させたものの一部分をなしている。 勿論、Ｂ０部、Ｂ２部では、マイクロレンズの形状はＢ１と異なるが、同様に、マイクロレンズを通る光線は、屈折率ｎ₁ の空気側から屈折率ｎ₂ のマイクロレンズ、屈折率がｎ₂ に近い平坦化層１７１、１７２、カラーフィルタ１４０を通り、受光素子１２５に至る。
【００２２】
ここで、定数ｚ_０ の決定とマイクロレンズの形状決定の方法を簡単に説明しておく。
実施の形態の第１の例の場合、Ｂ１部におけるマイクロレンズ１３０と対応する受光素子１２５とは、図４に示すような関係にある。
定数ｚ_０ の値に応じて、図４に示すように、回転楕円体の回転軸を傾斜させた回転楕円体の形状は、いろいろとなるが、ここでは、受光素子１２５とマイクロレンズの位置関係をふまえた上で、定数ｚ_０ は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ０ からマイクロレンズ中心へ入射した光線が屈折して受光素子の受光領域中心の原点Ｏに至る光路Ｌを任意に設計し、光路Ｌとマイクロレンズ底面Ｔとの交点をＰ’とし、面Ｔ上で点Ｐ’を中心とするセル領域で点Ｐ’から最も遠い点の１つをＣ１ ’とし、上記傾斜回転楕円体の表面が点Ｃ１ ’を通るという条件によって決定される。
そして、定数ｚ_０ が決定されることにより、マイクロレンズの形状が決定される。
【００２３】
次いで、参考第１の例あるいは実施の形態の第１の例の撮像装置、あるいはまた参考第１の例の変形例の撮像装置におけるマイクロレンズ（参考第１の例の１３０ないし実施の形態の第１の例の１３１、１３２、１３３）の形成方法を、以下簡単に説明する。
尚、これをもって、本発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法の実施の形態の１例に代える。
先ず、ウエハレベルの状態で、マイクロレンズを形成する前の固体撮像素子に対し、そのマイクロレンズ形成側に、マイクロレンズ形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成しておく。
次いで、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクで、且つ、形成するマイクロレンズの形状に合せて作製されたフォトマスクを用いて露光して、現像して、マイクロレンズを形成する。
露光は、通常ステッパーを用いて、１回または繰り返し露光により行なう。
簡単には、以上のように、マイクロレンズ形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層をフォトリソ工程により加工して、撮像素子上に所望のマイクロレンズを形成する。
微細なドットパターンとしては、フォトマスクの透過光量分布の面からは、露光波長では解像しないサイズで小さいものほど好ましいが、例えば、露光波長３６５ｎｍ（ｉ線）の、１／５縮小投影レチクルマスクを対象とした場合には、光学的に解像性という面からは、ＮＡが０. ６３、σが０. ６で、シミュレーション計算からは９００ｎｍ以下であることが必要である。
また、レジスト（感光性レジスト材料）がレンズ形成用材料であり、現像後のレジストの所望のプロファイルが、レンズ形状のプロファイルである場合（特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサの受光部上側への微小な集光レンズ（マイクロレンズアレイ）用のレンズのものである場合）、作製するレンズの曲面を表現するには、４μｍ角で、２０×２０ドットが必要とされているため、これを確保するには、１ドットのサイズは１０００ｎｍ以下であることが求められる。
しかし、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約もあり、現状では、１ドットサイズは３００ｎｍ以上に制限されてしまう。
結局、微細なドットパターンのサイズは、光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
【００２４】
以下更に、このようなフォトマスクの製造方法を説明しておく。
上記加工に用いられるフォトマスクは、順に、（ａ）マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない、作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成する。
【００２５】
本発明のパターンデータの作製方法とフォトマスクの作製を図６に基づいて説明する。 予め、所望の現像後のプロファイルを得るマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層（ここでは、感光性レジスト材料、あるいは単にレジストとも言う）と、この感光性材料層を露光する露光波長を決めておく。（Ｓ１１、Ｓ１２）
先ず、決められた感光性材料層を、所定の膜厚に前記現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して（Ｓ１３）、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データを求める。（Ｓ１４）
数式化した露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データとしても良い。
感光性材料層としてポジレジストを用いる場合、透過光量（露光量のこと）と残膜厚の関係は、通常、図１６のようになる。
尚、図１６においては、透過光量、残膜厚とも正規化して示してある。
作製する現像後の感光性材料層の像によっては、絵柄の形状や粗密によって、露光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応し、数種のデータ採り込みを行なう必要がある。
尚、必要な種類の、所望の現像後のプロファイルを得るための感光性レジスト材料の、露光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、露光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。
この露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル（Ｓ１５）にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める。（Ｓ１６）
上記Ｓ１３〜Ｓ１５を経てＳ１６に至る一連の処理が透過光量分布把握処理である。
尚、通常は、得たいプロファイルの関数について、感光性材料層、露光系などに対して最適化した補正式をかける。
フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として露光量分布をＺ座標上のｚ値として表す。
ここでは、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）と表し、図７（ａ）に示すように求められるとする。
一方、フォトマスクの、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズを所定サイズに決定しておく。（Ｓ１７）
ここでは、Ｘ方向幅ａ、Ｙ方向幅ａとする。
先にも述べた通り、露光波長による光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
次いで、求められた、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム（Ｓ１８）を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、Ｘ−Ｙ座標上、該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。（Ｓ１９）
所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法やオーダードディザ法が挙げられる。
そして、この決定に基づき、ＣＡＤツールにより、Ｘ−Ｙ座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。（Ｓ２０）
上記の、Ｓ１８〜Ｓ２０に至る一連の処理がドットパターンの生成処理である。
このようにして、パターンデータを作製することができるが、図７（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）に対応するパターンデータは、図７（ｂ）のようになる。
【００２６】
ここで、所望の現像後のプロファイルを得る露光量分布が、図８（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）であり、各位置（ｘ、ｙ）のｚ値が図８（ｂ）の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図９に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。
図８（ｂ）に示す表は図９（ａ）の表と同じであるが、図９（ａ）の表のように、各位置におけるｚ値は配列される。
一方、例えば、図９（ａ）に示す表の配列に合せ、図１０に示す最大値を１とした４行×４列のディザ行列を１単位とし、図９（ｂ）のように、この単位を３行×３列に配列させておく。
ここで、図９（ａ）の表の配列と、図９（ｂ）の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、図９（ｂ）の表側が図９（ａ）側よりも小の場合１、そうでない場合を０として、図９（ｃ）に示すように、同様の配列を求める。
ここでは、１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図９（ａ）に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。
尚、ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図９（ａ）に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。
また、ディザ行列には、図１４に示すような様々なパターンが考えられ、得たい露光分布に合わせて適宜選択して使用する。
【００２７】
次に、誤差分散法を適用する場合について説明する。
先ず、図１１に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。
例えば、表の横方向を、縦方向をＸ方向、Ｙ方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル（画素とも言い、ピッチに対応するサイズである）を設け、各セルに図１１（ａ）のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。
先ず、左上セルＰ０について、中間値（０. ５）を閾値とし、２値化を行なう。（図１１（ｂ）
左上セルＰ０の値０. １は２値化により０となる。
次いで、このセルＰ０に隣接するセルに重み付け加算（あるいは減算）して、図１１（ｃ）のようになる。
図１１（ｂ）中、▲１▼、▲２▼、▲３▼は、セルＰ０に対し、重み付け加算（あるいは減算）する隣接セルとその値を示している。
次に、隣のセルＰ１にに移り、２値化、重み付け加算（あるいは減算）して図１１（ｄ）を得る。
更に、その隣のセルＰ２に移り、同様に、値化、重み付け加算（あるいは減算）して図１１（ｅ）を得る。
以降、図１１（ｅ）の矢印の方向に順次、各セルに対し、同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。
【００２８】
図８（ｂ）に示す表の場合、図１２のようになる。
即ち、図８（ａ）に示す露光量分布、Ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）の場合、図１２に示す１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図１２に示す０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
上記は、図１５（ａ）のように、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、これに限定はされない。
図１５（ｂ）、図１５（ｃ）の方向で処理を行なっても良い。
【００２９】
上記操作を、図１５（ｂ）（イ）、図１５（ｂ）（ロ）に示すような誤差分散行列を用いて、座標（０、０）からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。
ｆ（ｘ、ｙ）を元データ、ｆｎｅｗ（ｘ、ｙ）を誤差分散を行った後のデータ、ｇ（ｘ、ｙ）を閾値０. ５で２値化したデータ、Ｅｘｙを２値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図１３の（１）式〜（５）式のように表される。
これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図＊１０に相当する配列を求めることもできる。
【００３０】
次いで、上記のようにして作製された、ドットパターンを配置したパターンデータを用いて、電子線描画露光装置にて、フォトマスク用基板の遮光層上のレジストを露光描画し（Ｓ２１）、所定の現像、エッチング等のプロセス処理を経て、本発明のフォトマスク（Ｓ２２）を作製する。
このようにして作製されたフォトマスクを用い、露光して、例えば、マイクロレンズ形成用の被加工基板（イメージセンサ基板）上にマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層でマイクロレンズを形成する場合、図１７（ａ）に示すように、フォトマスク２１０のパターンをマイクロレンズ形成用の被加工基板上のマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層２３０に、縮小投影にて露光し、現像して、図１７（ｂ）のように、マイクロレンズ形成用の被加工基板２４０上に直接マイクロレンズを得ることができる。
このようにして、マイクロレンズの形成が行われる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の（図１８に示す）撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置の提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は本発明に関わる撮像装置の参考第１の例の概略構成図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ０部の説明図である。
【図２】 図２（ａ）はマイクロレンズを説明するための図で、図２（ｂ）はマイクロレンズの設計方法を説明するための図である。
【図３】 図３（ａ）は本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例の概略構成図で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ１部の説明図である。
【図４】 マイクロレンズの設計方法を説明するための図である。
【図５】 従来の球面レンズと回転楕円体レンズとの違いを説明するための図である。
【図６】 本発明の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法に用いるフォトマスクの形成方法の１例を示した概略工程図である。
【図７】 図７（ａ）はフォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図で、図７（ｂ）はフォトマスクパターンを表した図である。
【図８】 図８（ａ）は現像後のマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図である。
【図９】 オーダードディザ法を説明するための図である。
【図１０】 最大値を１としたディザ行列を示した図である。
【図１１】 誤差分散法を説明するための図である。
【図１２】 図８に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図である。
【図１３】 誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図である。
【図１４】 各種のディザ行列の例を表した図である。
【図１５】 図１５（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１５（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図である。
【図１６】 現像後のマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の残膜厚と透過光量の関係を示した図である。
【図１７】 マスクとマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の残膜プロファイルとの関係を示した図である。
【図１８】 従来の撮像装置の１例の概略構成図である。
【図１９】 従来の微小な集光レンズの形成方法の工程を示した工程断面図である。
【符号の説明】
１１０ カメラレンズ
１１５ 光軸
１２０ 撮像素子
１２５ 受光素子（感光部とも言う）
１３０、１３１、１３２、１３３ マイクロレンズ
１４０ カラーフィルタ
１５０ 遮光部
１６０ 光線
１７１、１７２ 平坦化層
１７３ 充填材料
２１０ フォトマスク
２１１ 透明基板
２１２ 遮光膜
２２０ 露光光
２３０ マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層
２３５ 現像後のマイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層
２４０ マイクロレンズ形成用の被加工基板（イメージセンサ基板）

Claims (6)

1. カメラレンズを通った光の結像面に受光素子を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、カメラレンズからの光を固体撮像素子に入射させ、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、各受光素子に対応したセルの入射光側に１個ずつマイクロレンズを配設して、マイクロレンズアレイを形成しており、前記マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズは、空気の屈折率をｎ _１ とし、マイクロレンズ材料の屈折率をｎ _２ とし、ａ、ｃ、ｚ _０ （≠０）を定数としたとき、対応する受光素子の受光領域の中心を原点とし、受光素子からマイクロレンズ側へ向かいＺ座標がプラスとするＸ−Ｙ−Ｚ座標系で、
   （ｘ／ａ） ² ＋（ｙ／ａ） ² ＋（（ｚ−ｚ _０ ）／ｃ） ² ＝１ （４）
   と表現される回転楕円体の回転軸を傾斜させた、回転楕円体の、ｚ座標がｚ _０ よりプラス側の表面形状の一部分を、その入射光側に持つものであり、
   かつ、定数ａ、ｃ、ｚ _０ の間には、
   ａ＝［（ｎ _２ ² −ｎ _１ ² ） ^1/2 ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （５）
   ｃ＝［ｎ _２ ／ｎ _１ ］＊ｚ _０ （６）
   なる関係があり、前記回転楕円体の回転軸は、カメラレンズの射出瞳の中心と受光素子の受光領域中心の点とを結んだ直線と一致するものであり、マイクロレンズに入射した光が集束する点を、受光領域の中心に合せていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で表わされる回転楕円体の前記表面形状の一部分の位置に合せて作製するマイクロレンズをあてはめた場合、定数ｚ_０ は、カメラレンズの射出瞳の中心Ｐ０からマイクロレンズ中心へ入射した光線が屈折して受光素子の受光領域中心の原点Ｏに至る光路Ｌを任意に設計し、光路Ｌとマイクロレンズの受光素子面に平行な底面Ｔとの交点をＰ’とし、面Ｔ上で点Ｐ’を中心とするセル領域で点Ｐ’から最も遠い点の１つをＣ１’とし、上記傾斜回転楕円体の表面が点Ｃ１’を通るという条件によって決定されるものであることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法であって、マイクロレンズを形成する前の固体撮像素子に対し、そのマイクロレンズ形成側に、マイクロレンズ形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成した後、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量分布を制御するフォトマスクで、且つ、形成するマイクロレンズの形状に合せて作製されたフォトマスクを用い露光して、現像して、形成するものであることを特徴とする撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。
4. 請求項３に記載のマイクロレンズの形成方法であって、フォトマスクは、順に、（ａ）マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない、作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成したものであることを特徴とする撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。
5. 請求項４に記載のマイクロレンズの形成方法であって、透過光量分布把握処理は、マイクロレンズ形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものであることを特徴とする撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。
6. 請求項４ないし５のいずれか１項に記載のマイクロレンズの形成方法であって、所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とする撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法。

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