WO2020079960A1 - 撮像装置及び固体撮像装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to an imaging device and a solid-state imaging device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of the image pickup apparatus according to the first embodiment. It is a block diagram which shows the schematic structural example of the image sensor for non-visible light which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration example of an image sensor for visible light according to the first embodiment. It is a figure which shows an example of the scattering angle profile of the diffusion plate which concerns on 1st Embodiment. It is a figure for demonstrating another example of the diffuser plate which concerns on 1st Embodiment. It is a figure for demonstrating the reflected light at the time of using the diffuser plate shown in FIG. FIG.
  • the diffuser plate is arranged sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor, for example, so that the diffusion of light by the diffuser plate does not affect the image quality. That is, since the incident light heading for the image sensor becomes light (hereinafter referred to as “scattered light”) whose diameter expands according to the propagation distance by passing through the diffusion plate, the distance from the diffusion plate to the light receiving surface of the image sensor is long. Then, the image formed on the light-receiving surface is blurred and the image quality is degraded. Therefore, in the present embodiment, the diffusion plate is arranged sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor so that the image formed on the light receiving surface of the image sensor is not blurred.
  • the light-receiving surface of the image sensor may be a surface on which the light-incident surface of the light-receiving element forming the unit pixel described later is arranged.
  • the distance from the light receiving surface of the image sensor 10 to the upper surface of the inner wall of the housing 101 is D, and the diffusion plate 110 (for example, incident light is diffused from the light receiving surface of the image sensor 10).
  • the distance from the positive direction to the plate 110 to the incident surface) is d.
  • the upper surface of the image sensor 10 and the light receiving surface are shown as being in agreement, but they are not necessarily in agreement.
  • the light receiving element 132 when a light receiving element 132 described later is formed at a predetermined depth from the upper surface of the image sensor 10, or when a microlens array or the like is provided on the upper surface of the image sensor 10, the light receiving element 132 receives light.
  • the surface is located deeper than the upper surface of the image sensor 10.
  • the light incident on the image sensor 10 may be reflected not only on the light receiving surface but also on the light incident surface of the image sensor 10 itself. In the following, for simplification of description, the light receiving surface and the incident surface will not be distinguished.
  • the element array unit 3 includes, for example, a plurality of light receiving elements 132 arranged in a two-dimensional matrix in the row direction and the column direction. In FIG. 3, for simplification of description, some of the rows and columns in the pixel array unit 13 are omitted, but for example, tens to thousands of light receiving elements 132 are arranged in each row and each column. obtain.
  • the lens 102 is arranged at a position where an image of the light L1 is formed on the light receiving surface on which the light receiving elements 132 are arranged.
  • the pixel array unit 13 includes a plurality of unit pixels 131 arranged in a two-dimensional matrix in the row and column directions. In FIG. 4, some of rows and columns in the pixel array unit 13 are omitted for simplification of description, but for example, several tens to several thousands of unit pixels 131 are arranged in each row and each column. obtain.
  • each unit pixel 131 is connected to the pixel drive circuit 12 via a pixel drive line LD for pixel selection, and is also connected to the signal processing circuit 15 via a vertical signal line VSL.
  • the pixel drive line LD refers to all wirings that enter the unit pixel 131 from the pixel drive circuit 12.
  • the pixel drive line LD may include a control line that propagates various pulse signals (for example, pixel reset pulse, transfer pulse, drain line control pulse, etc.) for driving the unit pixel 131.
  • the signal processing circuit 15 includes an analog circuit such as an AD (Analog to Digital) conversion circuit that converts an analog pixel signal read from the unit pixel 131 into a digital pixel signal, and a digital value converted by the AD conversion circuit. It includes a logic circuit that executes digital processing such as CDS (correlated double sampling) processing based on pixel signals.
  • the AD conversion circuit may be provided, for example, one-to-one for each unit pixel 131, or one-to-one for each pixel group configured by a plurality of unit pixels 131. Alternatively, each column in the pixel array section 13 may be provided in a one-to-one relationship.
  • the reference voltage generator 17 supplies a reference voltage REF for converting the analog pixel signal read from each unit pixel 131 to a digital pixel signal via the vertical signal line VSL to the signal processing circuit 15.
  • the pixel drive circuit 12 selects a row of the pixel array unit 13 and outputs a pulse required for driving the row to the pixel drive line LD. For example, a pulse is applied to a vertical decoder that defines a vertical read row (selects a row of the pixel array unit 13) and a pixel drive line LD for a unit pixel 131 on a read address (row direction) defined by the vertical decoder. And a vertical drive unit for driving the same.
  • the vertical decoder selects not only the row from which the pixel signal is read but also the row for the electronic shutter.
  • the horizontal transfer circuit 18 performs a shift operation (scanning) according to the column address signal input from the timing control circuit 11 to read a digital pixel signal from the AD conversion circuit of the readout column designated by the column address signal to the horizontal signal line HSL. Run.
  • the image sensor 10B may be provided with a clock conversion unit that is an example of a high-speed clock generation unit and that generates a pulse having a clock frequency higher than the input clock frequency.
  • the timing control circuit 11 may generate the internal clock based on an input lock (for example, a master clock) input from the outside or a high-speed clock generated by the clock conversion unit.
  • the image sensor 10B for visible light is not limited to the CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor described above, and various image sensors such as CCD (Charge Coupled Device) type can be applied. Is.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CCD Charge Coupled Device
  • FIG. 8 is a diagram for explaining how light that has entered the imaging device according to the present embodiment enters the light-receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining secondary reflected light in the imaging device according to the present embodiment. It is to be noted that FIG. 9 shows a state in which the light L11 reflected by the image sensor 10 is reflected by the ceiling 101a of the housing 101 and is incident on the image sensor 10 again.
  • the distance (for example, the shortest distance) d from the light receiving surface of the image sensor 10 to the diffusion plate 110 (for example, the surface on which the incident light is incident on the diffusion plate 110 in the positive direction) is sufficiently short, that is, the diffusion plate.
  • the diffusion plate 110 When 110 is sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor 10, it is possible to reduce blurring of an image formed on the light receiving surface and suppress deterioration of image quality.
  • the diffuser plate 110 and the image sensor 10 are arranged close to each other such that the light L10 that is incident on the diffuser plate 110 and diffused near the center of each light-receiving element 132 does not enter the adjacent light-receiving element 132.
  • the formula (3) shows a case where the light L1 is vertically incident on the diffusion plate 110.
  • the shape and size of the spot formed on the light receiving surface of the image sensor 10 by the light L10 diffused by the diffusion plate 110 also depends on the incident angle ⁇ of the light L1 on the diffusion plate 110.
  • the diffusion plate 110 has a spatially non-uniform profile in which the smaller the incident angle ⁇ , the stronger the diffusion around the spot.
  • the diffusion plate 110 also has a function of changing the distance between the light receiving surface of the image sensor 10 and the diffusion plate 110 depending on the incident angle ⁇ . That is, the greater the incident angle ⁇ , the shorter the distance from the light receiving surface of the image sensor 10 to the diffusion plate 110.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining artifacts due to secondary reflection in the present embodiment.
  • the spread due to diffusion received by the diffusion plate 110 when the light L13 reflected by the ceiling 101a of the housing 101 is incident on the image sensor 10 again is ignored. This is because the light path length until the light L13 reflected by the image sensor 10 re-enters the image sensor 10 is shorter than the light path length until the light L13 reflected by the image sensor 10 re-enters the image sensor 10, This is because even if the influence is ignored, the result of the consideration is hardly influenced.
  • the radius R can be made much larger than the radius r by setting the distance D sufficiently larger than the distance d. From this, the distance d from the light receiving surface of the image sensor 10 to the diffusion plate 110 is sufficiently short, that is, the diffusion plate 110 is sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor 10 to form an image on the light receiving surface. It can be seen that it is possible to reduce the blur of the image and suppress the deterioration of the image quality.
  • the diffusion plate 110 is arranged in proximity to the light receiving surface of the image sensor 10 housed in the housing 101. This makes it possible to sufficiently blur the image of the light L14 reflected by the image sensor 10 and reflected by the surrounding reflective member (for example, the ceiling 101a) and then incident on the image sensor 10 to a negligible extent. Therefore, it is possible to reduce the artifact due to the secondary reflection.
  • the diffusion plate 110 is arranged sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor 10. As a result, blurring of the image of the light L10 formed on the light receiving surface of the image sensor 10 is reduced, and thus it is possible to suppress deterioration of image quality.
  • the image sensor 20 includes, for example, a semiconductor substrate 21 such as a silicon substrate on which a filter 23, a diffusion unit 210, and a light receiving unit 24 are formed.
  • a microlens 22 for each unit pixel is provided on the light incident surface of the semiconductor substrate 21.
  • the microlens 22 condenses the incident light L2 on the light receiving unit 24, for example.
  • the filter 23 has a wavelength selection function of transmitting light of a specific wavelength, for example.
  • the diffusion unit 210 diffuses the incident light with a predetermined scattering angle profile and outputs the scattered light L20.
  • the light receiving unit 24 images the incident light and generates an electric charge, similarly to the light receiving element 132 in the above-described embodiment.
  • the diffusion unit 210 is arranged, for example, between the filter 23 and the light receiving unit 24.
  • the diffusion unit 210 is arranged immediately below the filter 23.
  • the distance d from the light incident surface of the light receiving unit 24 to the diffusion unit 210 is sufficiently short. That is, the diffusion plate 110 can be sufficiently close to the light receiving surface of the image sensor 10.
  • the light L2 that has entered the microlens 22 then enters the diffusing section 210 via the filter 23 formed on the semiconductor substrate 21, and thus the scattering angle ⁇ of It is converted into scattered light L20. Then, the scattered light L20 propagates through the semiconductor substrate 21 and is incident on the light receiving portion 24 which is separated from the diffusion portion 210 by the distance d.
  • the distance I is always a negative value, and the absolute value of the distance I is always smaller than the distance L. That is, the emission surface of the light L23, assuming that there is no diffusing unit 210, is located between the light receiving unit 24 and the diffusing unit 210 arranged at the distance I obtained from the equation (8).
  • the scattering angle ⁇ 1 of the light L23 can be approximated by the following equation (9).
  • the filter 23 and the diffusing unit 210 it is possible to use a layer in which the filter and the diffusing unit are integrated. Even in this case, the distance d from the light incident surface of the light receiving unit 24 to the diffusion unit 210 can be sufficiently shortened as in the above-described configuration, and thus an image is formed on the light receiving surface of the image sensor 20. It is possible to reduce blurring of an image and suppress deterioration of image quality.
  • the diffusion plate 110 is arranged close to the light receiving surface of the image sensor 10. As a result, it is possible to reduce the blurring of the image formed on the light receiving surface and suppress the deterioration of image quality.
  • the image sensor 10 is configured to have a sufficiently long length.
  • the diameter of the light L23 can be sufficiently widened to reduce its intensity. Thereby, it is possible to reduce the artifacts due to the secondary reflection.
  • the light L1 incident through the optical aperture of the coded aperture 302 is incident on the point P on the light receiving surface of the image sensor 10. Further, the light L92 reflected at the point P is reflected by the light-shielding portion of the coded aperture 302, and the reflected light L93 due to this reflection enters the point Q on the light receiving surface of the image sensor 10. Therefore, the spots of light formed on the light receiving surface of the image sensor 10 are the two points P and Q.

Abstract

二次反射によるアーチファクトを低減する。実施形態に係る撮像装置は、入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部（１１０）と、前記拡散部で拡散された光を電気信号に変換する受光部（１３２）とを備える。

Description

撮像装置及び固体撮像装置
　本開示は、撮像装置及び固体撮像装置に関する。
　従来、イメージセンサなどの電磁センサは、不要な電磁放射（ＥＭＲ）による影響を低減するために、入射波用の開口が設けられた筐体の内部に収容される。例えば、一般的なカメラは、入射光を電気信号に変換して画像データを生成するイメージセンサが遮光材料で構成された筐体の内部に収容された構造を備える。
米国特許出願公開第２０１４／０２８４７４８号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３３４４２３号明細書 米国特許第９８９１０９８号明細書 米国特許第９６４５００８号明細書 国際公開第２０１６／０９１７５７号
　しかしながら、電磁センサはそれ自体完全な吸収体ではなく、入射波の一部を反射する。また、電磁センサ自体もＥＭＲ源（例えば、赤外光源）となり得る。電磁センサで反射又は電磁センサから放射した電磁波は、例えば、電磁センサを収容する筐体の内壁で反射して電磁センサに再入射し、二次反射による多重像やリンギングなどのアーチファクトの要因となる。
　そこで本開示では、二次反射によるアーチファクトを低減することが可能な撮像装置及び固体撮像装置を提案する。
　上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の撮像装置は、入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部と、前記拡散部で拡散された光を電気信号に変換する受光部とを備える。
一般的な撮像装置の概略構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る非可視光用のイメージセンサの概略構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る可視光用のイメージセンサの概略構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る拡散板の散乱角プロファイルの一例を示す図である。 第１の実施形態に係る拡散板の他の一例を説明するための図である。 図６に示す拡散板を使用した場合の反射光を説明するための図である。 第１の実施形態に係る撮像装置に入射した光がイメージセンサの受光面に入射するまでを説明するための図である。 第１の実施形態に係る撮像装置においてイメージセンサで反射した光が筐体内壁で反射して再度イメージセンサに入射するまでを説明するための図である。 第１の実施形態に係る撮像装置に入射した光が拡散板を介してイメージセンサに入射するまでを説明するための模式図である。 第１の実施形態における二次反射によるアーチファクトを説明するための模式図である。 第２の実施形態に係るイメージセンサの概略構成例を示す模式断面図である。 図１２における受光部の入射面で反射した光がマイクロレンズを介してイメージセンサから出射するまでを説明するための図である。 拡散板を備えない撮像装置に入射した光がコーデッドアパーチャで反射してイメージセンサに再入射するまでを説明するための図である。 第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る撮像装置に入射した光が拡散板を介してイメージセンサに入射するまでを説明するための模式図である。 第３の実施形態に係る撮像装置においてイメージセンサで反射した光が筐体内壁で反射して再度イメージセンサに入射するまでを説明するための図である。 拡散板を備えていない撮像装置に入射した光の進行を説明するための図である。 第３の実施形態に係る撮像装置に入射した光の進行を説明するための図である。 第３の実施形態に係る撮像装置において拡散板を通過した光の進行を説明するための図である。
　以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
　　１．第１の実施形態
　　　１．１　撮像装置の概略構成例
　　　１．２　イメージセンサの概略構成例
　　　　１．２．１　非可視光用のイメージセンサ
　　　　１．２．２　可視光用のイメージセンサ
　　　１．３　拡散板の散乱角プロファイルについて
　　　１．４　拡散板の位置について
　　　１．５　画質について
　　　１．６　二次反射によるアーチファクトについて
　　　１．７　作用・効果
　　２．第２の実施形態
　　　２．１　イメージセンサの概略構成例
　　　２．２　作用・効果
　　３．第３の実施形態
　　　３．１　撮像装置の概略構成例
　　　３．２　二次反射によるアーチファクトのより具体的な考察
　　　３．３　作用・効果
　１．第１の実施形態
　まず、第１の実施形態を説明するにあたり、一般的な撮像装置について説明する。図１は、一般的な撮像装置の概略構成例を示す断面図である。なお、以下では、明確化のため、電磁放射（ＥＭＲ）を単に光と称する。この光には、可視光の他、赤外線（遠赤外線も含む）や紫外線やガンマ線などの非可視光も含まれる。
　図１に示すように、撮像装置９００は、一般的には、不要な光による影響を低減するために、入射光Ｌ９０１が入射するための開口９０３が設けられた筐体９０１の内部に、イメージセンサ９１０が収容された構成を備える。また、筐体９０１の開口９０３には、入射光Ｌ９０１を集光するための光学系として、レンズ９０２が設けられている。
　このような構成を備える撮像装置９００は、入射光Ｌ９０１が可視光である場合には、イメージセンサ９１０で反射した反射光Ｌ９０２がさらに筐体９０１の内壁で反射（二次反射光Ｌ９０３）して再度イメージセンサ９１０に入射することによるアーチファクト（二次反射によるアーチファクト）を低減するために、筐体９０１の内壁に黒い拡散材料が使用される。なお、二次反射によるアーチファクトとは、例えば、イメージセンサで反射した反射光が周囲の反射性部材で反射して再度イメージセンサに入射することによって生じる多重像やリンギングなどに起因した画像の乱れであってよい。
　ただし、筐体９０１の内壁に黒い拡散材料を使用する場合、イメージセンサ９１０の設計自由度が制限されるとともに、製造コストが増加するという課題が発生する。加えて、入射光Ｌ９０１が非可視光（例えば赤外光等）である場合や、レンズ９０２やフィルタ等で反射した光に対しては、あまり効果的であるとは言い難いという課題も存在する。
　また、入射光Ｌ９０１が可視光である場合であって、コーデッドアパーチャ（コーデッドマスク又はバイナリマスクともいう）を用いる場合には、コーデッドアパーチャ自体を黒い拡散材料で作製する必要が生じ、作製難度や製造コストの増加につながるという課題が発生する。
　そこで第１の実施形態では、二次反射によるアーチファクトを低減するための構成として、拡散板（拡散部ともいう）を用いる。拡散板を用いることで、イメージセンサの周囲に反射性の部材を配置したとしても、二次反射によるアーチファクトを顕著に低減することが可能となる。
　また、本実施形態において、拡散板は、例えば、拡散板による光の拡散が画質に影響を与えない程度に、イメージセンサの受光面に十分に近接して配置される。すなわち、イメージセンサに向かう入射光は、拡散板を通過することで伝搬距離に応じて径を広げる光（以下、散乱光という）となるため、拡散板からイメージセンサの受光面までの距離が長いと、受光面に結像される像がぼやけ、画質が低下してしまう。そこで本実施形態では、イメージセンサの受光面に結像される像がぼやけない程度に、拡散板をイメージセンサの受光面に十分に近接して配置する。なお、本説明において、イメージセンサの受光面とは、後述する単位画素を構成する受光素子の光の入射面が配列する面であってよい。
　さらに、拡散板から反射性部材までの距離は、イメージセンサで反射して周囲の反射性部材で反射し、再度イメージセンサに入射する二次反射光の像が無視できる程度に十分にぼやけるように設定される。すなわち、イメージセンサで反射した反射光は、その後、拡散板を逆方向から通過し、周囲の反射性部材で反射し、再度拡散板を正方向から通過して、イメージセンサに入射するため、イメージセンサ１０の受光面から反射性部材までの距離を十分に長く設定することで、イメージセンサに再入射するまでに、二次反射光の径を十分に広げてその強度を低減することができる。それにより、受光面に入射した二次反射光の像を無視できる程度に十分にぼやけさせて、二次反射によるアーチファクトを低減することが可能となる。
　１．１　撮像装置の概略構成例
　図２は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成例を示す断面図である。図２に示すように、撮像装置１００は、光Ｌ１が入射するための開口１０３が設けられた筐体１０１の内部に、イメージセンサ１０が収容された構成を備える。また、筐体１０１の開口１０３には、光Ｌ１を集光するための光学系として、レンズ１０２が設けられている。さらに、撮像装置１００は、イメージセンサ１０の受光面に近接して配置された拡散板１１０を備える。なお、イメージセンサ１０の受光面に近接とは、例えば、筐体１０１の内壁における上面（以下、天井という）１０１ａよりもイメージセンサ１０の受光面に近いという意味であってもよい。また、イメージセンサ１０の受光面には、後述する単位画素１３１における受光素子（受光部ともいう）１３２が、行方向及び列方向に２次元マトリクス状に配列されている。
　このような構成において、以下の説明では、例えば、イメージセンサ１０の受光面から筐体１０１の内壁上面までの距離をＤとし、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０（例えば、入射光が拡散板１１０に対して正方向から入射する面）までの距離をｄとする。
　なお、図２及び以下の図面では、イメージセンサ１０の上面と受光面とが一致しているように示されているが、両者は必ずしも一致するものではない。例えば、後述する受光素子１３２がイメージセンサ１０の上面から所定の深さに形成されている場合や、イメージセンサ１０の上面にマイクロレンズアレイ等が設けられている場合には、イメージセンサ１０の受光面は、イメージセンサ１０の上面よりも深い位置となる。また、イメージセンサ１０に入射した光は、受光面に限らず、イメージセンサ１０自体の光の入射面でも反射し得る。以下では、説明の簡略化のため、受光面と入射面とを区別しないこととする。
　１．２　イメージセンサの概略構成例
　次に、イメージセンサ１０の概略構成例について説明する。ここで、上述したように、本実施形態に係るイメージセンサ１０が検出対象とする光には、可視光と、赤外線（遠赤外線も含む）や紫外線やガンマ線などの非可視光とが存在する。
　例えば、入射する光Ｌ１が可視光である場合、イメージセンサ１０は可視光用のセンサとして構成される。その場合、イメージセンサ１０は、受光素子として、例えば、入射した光を光電変換して電荷を発生させるフォトダイオードなどの撮像素子を備える。
　一方、入射する光Ｌ１が非可視光の、例えば赤外光である場合、すなわち、イメージセンサ１０が例えば赤外光用のセンサである場合、イメージセンサ１０は、受光素子として、例えば、焦電センサやサーもパイルやボロメータなどの熱型の赤外線検出素子や、冷却式又は非冷却式の量子型の赤外線検出素子が用いられる。
　そこで以下に、非可視光（例として、赤外光（遠赤外光を含む））を検出対象としたイメージセンサ１０の概略構成例と、可視光を検出対象としたイメージセンサ１０の概略構成例とを、それぞれ例を挙げて説明する。
　１．２．１　非可視光用のイメージセンサ
　図３は、第１の実施形態に係る赤外光（遠赤外光を含む）用のイメージセンサの概略構成例を示すブロック図である。図３に示すように、非可視光用のイメージセンサ１０Ａは、素子アレイ部３と、信号処理回路５と、制御部１とを備える。
　素子アレイ部３は、例えば、行方向及び列方向に２次元マトリクス状に配列された複数の受光素子１３２を含む。図３では、説明の簡略化のため、画素アレイ部１３における行及び列の一部が省略されているが、各行及び各列には、例えば、数十から数千の受光素子１３２が配置され得る。レンズ１０２は、受光素子１３２が配列する受光面に対して光Ｌ１の像を結像する位置に配置される。
　制御部１は、受光素子１３２からの電気信号の読出しを制御する。具体的には、制御部１は、素子アレイ部３に対し、受光素子１３２への光Ｌ１の照射によって発生した電気信号を、例えば素子毎又は行毎に、信号処理回路５へ出力させる。
　例えば、受光素子１３２としてボロメータを用いた場合には、制御部１は、入射光を吸収することで生じた受光素子の温度上昇による抵抗値の差分を示す電気信号を、素子アレイ部３の各受光素子１３２から読み出す。また、受光素子としてサーモパイルを用いた場合には、制御部１は、入射光を吸収することで生じた局所的な温度差又は温度勾配に比例した電圧値の電気信号を、素子アレイ部３の各受光素子１３２から読み出す。
　信号処理回路５は、制御部１によって素子アレイ部３から出力された電気信号を処理することで、赤外線像による画像データを生成する。なお、受光素子１３２として、熱型の赤外線検出素子を用いた場合には、受光素子１３２自体がアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換するＡＤ（Analog-to-Digital）変換回路を含む場合がある。その場合、信号処理回路５は、素子アレイ部３から出力された電気信号をデジタル処理することで、画像データを生成する。ただし、受光素子１３２自体がアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換するＡＤ変換回路を含まない場合には、信号処理回路５は、素子アレイ部３から出力されたアナログの電気信号をデジタル値に変換した後、これをデジタル処理することで、画像データを生成する。
　１．２．２　可視光用のイメージセンサ
　図４は、第１の実施形態に係る可視光用のイメージセンサの概略構成例を示すブロック図である。図４に示すように、可視光用のイメージセンサ１０Ｂは、画素アレイ部１３と、信号処理回路１５と、参照電圧生成器１７と、出力回路１９とを備える。
　また、画素アレイ部１３の外側には、各単位画素１３１からアナログの画素信号を順次読み出してデジタルの画像データとして出力するための駆動制御部が設けられる。この駆動制御部には、例えば、水平転送回路１８、画素駆動回路１２、タイミング制御回路１１等が含まれ得る。
　画素アレイ部１３は、行方向及び列方向に２次元マトリクス状に配列された複数の単位画素１３１を含む。図４では、説明の簡略化のため、画素アレイ部１３における行及び列の一部が省略されているが、各行及び各列には、例えば、数十から数千の単位画素１３１が配置され得る。
　各単位画素１３１は、例えば、入射した光を光電変換して電荷を発生させるフォトダイオードなどの受光素子（説明の都合上、この受光素子の符号も‘１３２’とする）と、受光素子１３２に発生した電荷の量に応じた画素信号を生成する画素回路とから構成される。この画素回路には、例えば、受光素子１３２に発生した電荷を電荷蓄積部として機能する所定のノード（浮遊拡散領域）に転送する転送トランジスタと、所定のノード及び／又は受光素子１３２に蓄積された電荷を放電するリセットトランジスタと、所定のノードに蓄積された電荷の量に応じた電圧値の画素信号を垂直信号線ＶＳＬに出現させる増幅トランジスタと、増幅トランジスタと垂直信号線ＶＳＬとの接続を切り替える選択トランジスタとから構成される。
　また、各単位画素１３１は、画素選択のための画素駆動線ＬＤを介して画素駆動回路１２に接続されるとともに、垂直信号線ＶＳＬを介して信号処理回路１５に接続される。なお、本説明において、画素駆動線ＬＤは、画素駆動回路１２から各単位画素１３１に入る配線全般を指す。例えば、画素駆動線ＬＤには、単位画素１３１を駆動するための種々のパルス信号（例えば、画素リセットパルス、転送パルス、ドレイン線制御パルスなど）を伝搬する制御線が含まれ得る。
　信号処理回路１５は、単位画素１３１から読み出されたアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換するＡＤ（Analog　to　Digital）変換回路などのアナログ回路と、ＡＤ変換回路でデジタル値に変換された画素信号に基づいてＣＤＳ（correlated　double　sampling）処理などのデジタル処理を実行するロジック回路とを含む。なお、ＡＤ変換回路は、例えば、各単位画素１３１に対して一対一に設けられてもよいし、複数の単位画素１３１で構成された画素グループそれぞれに対して一対一に設けられてもよいし、画素アレイ部１３における各列に一対一に設けられてもよい。
　参照電圧生成器１７は、垂直信号線ＶＳＬを介して各単位画素１３１から読み出されたアナログの画素信号をデジタルの画素信号に変換するための参照電圧ＲＥＦを信号処理回路１５へ供給する。
　タイミング制御回路１１は、各部の動作に必要な内部クロックや各部が動作を開始するタイミングを与えるパルス信号等を出力する。また、タイミング制御回路１１は、外部からマスタクロックや動作モードなどを指令するデータを受け取ったり、イメージセンサ１０Ｂの情報を含むデータを出力したりする。
　例えば、タイミング制御回路１１は、各単位画素１３１から画素信号を読み出すタイミングを与えるパルス信号を画素駆動回路１２へ出力する。また、タイミング制御回路１１は、ＡＤ変換回路によりＡＤ変換された信号成分の画素信号（デジタルの電圧値）を列毎に信号処理回路１５から順次読み出すための列アドレス信号を水平転送回路１８へ出力する。
　さらに、タイミング制御回路１１では、外部から入力されるマスタクロックと同じ周波数のクロックや、それを２分周したクロックや、より分周した低速のクロック等を、イメージセンサ１０Ｂ内の各部、例えば水平転送回路１８、画素駆動回路１２、信号処理回路１５などに内部クロックとして供給する。以下、２分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックという。
　画素駆動回路１２は、画素アレイ部１３の行を選択し、その行の駆動に必要なパルスを画素駆動線ＬＤに出力する。例えば、垂直方向の読出行を規定する（画素アレイ部１３の行を選択する）垂直デコーダと、垂直デコーダにて規定された読出アドレス上（行方向）の単位画素１３１に対する画素駆動線ＬＤにパルスを供給して駆動する垂直駆動部とを有する。なお、垂直デコーダは、画素信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。
　水平転送回路１８は、タイミング制御回路１１から入力された列アドレス信号に従って、列アドレス信号で指定された読出列のＡＤ変換回路から水平信号線ＨＳＬへデジタルの画素信号を読み出すシフト動作（走査）を実行する。
　出力回路１９は、水平転送回路１８により読み出されたデジタルの画素信号を画像データとして外部へ出力する。
　信号処理回路１５には、必要に応じて信号増幅機能を持つＡＧＣ（Auto　Gain　Control）回路などが含まれてもよい。
　また、イメージセンサ１０Ｂには、高速クロック生成部の一例であって、入力されたクロック周波数よりも高速のクロック周波数のパルスを生成するクロック変換部を設けるようにしてもよい。その場合、タイミング制御回路１１は、外部から入力される入力ロック（例えば、マスタクロック）やクロック変換部で生成された高速クロックに基づいて内部クロックを生成してもよい。
　なお、可視光用のイメージセンサ１０Ｂは、上記したＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）型のイメージセンサに限定されず、例えば、ＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）型など、種々のイメージセンサを適用することが可能である。
　１．３　拡散板の散乱角プロファイルについて
　本実施形態に係る拡散板１１０は、例えば、所定の散乱角プロファイルρ（α）で、入射した光を、伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する。図５は、本実施形態に係る拡散板の散乱角プロファイルの一例を示す図である。なお、本実施形態に係る拡散板１１０は、例えば、正規化された円対称の散乱角プロファイルρ（α）を備えるものとする。また、図５において、横軸は、入射光の光軸からの偏差角αであり、縦軸は、拡散板から出射した散乱光の光強度である。なお、入射光は、可視光であっても非可視光であってもよい。
　拡散板１１０の散乱角プロファイルρ（α）は、図５に示すように、正規化された円対称ガウス分布となる。そして、散乱光のトータルの光強度は、例えば、以下の式（１）のように正規化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、散乱光の広がり角を２βとした場合での相対光強度Ｐ（β）は、以下の式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、本例では、拡散板１１０が正規化された円対称の散乱角プロファイルを備える場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、光軸に対して非対称となる散乱角プロファイルを備える拡散板など、種々の拡散板を用いることが可能である。
　また、拡散板１１０には、予め設計により定められた所定の方向へ光を拡散して出射する拡散板を使用することも可能である。例えば、図６に示すように、傾いて入射した光Ｌ１をイメージセンサ１０の受光面に対して垂直な方向へ拡散しつつ出射する拡散板１１０Ａを用いることも可能である。
　このような拡散板１１０Ａを使用することで、イメージセンサ１０の感度を向上することが可能となる。また、図７に示すように、拡散板１１０Ａは、イメージセンサ１０で反射してレンズ１０２へ向かう光Ｌ１１を拡散することも可能であるため、二次反射によるアーチファクトを低減することも可能となる。
　１．４　拡散板の位置について
　つづいて、拡散板１１０の位置について説明する。図８は、本実施形態に係る撮像装置に入射した光がイメージセンサの受光面に入射するまでを説明するための図である。図９は、本実施形態に係る撮像装置における二次反射光を説明するための図である。なお、図９には、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１１が筐体１０１の天井１０１ａで反射して再度イメージセンサ１０に入射するまでが示されている。
　図８に示すように、レンズ１０２を介して撮像装置１００の筐体１０１内部に入射した光Ｌ１は、拡散板１１０を通過することで、伝搬距離に応じて径を広げる光（散乱光）Ｌ１０に変換されて、イメージセンサ１０に入射する。
　そこで、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０（例えば、入射光が拡散板１１０に対して正方向から入射する面）までの距離（例えば、最短距離）ｄを十分に短く、すなわち、拡散板１１０をイメージセンサ１０の受光面に十分に近接することで、受光面に結像される像のぼやけを低減し、画質の低下を抑制することが可能となる。例えば、各受光素子１３２の中央付近上で拡散板１１０に入射して拡散された光Ｌ１０が隣接する受光素子１３２に入射しない程度に、拡散板１１０とイメージセンサ１０とを近接して配置することで、受光面に結像される像のぼやけを低減して画質の低下を抑制することが可能となる。
　また、上述したように、イメージセンサ１０の受光素子１３２は、それ自体完全な吸収体ではなく、入射した光Ｌ１０の一部を反射する。図９に示すように、イメージセンサ１０で反射した光（反射光）Ｌ１１は、主に、拡散板１１０を逆方向から通過して筐体１０１の天井１０１ａで反射し、その後、再度、拡散板１１０を通過してイメージセンサ１０に入射する。その際、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１１は、拡散板１１０を逆方向から通過することで散乱光である光Ｌ１２に変換される。同様に、筐体１０１内の天井１０１ａで反射した光Ｌ１３は、拡散板１１０を正方向から通過することで散乱光である光Ｌ１４に変換される。
　そこで、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１１が再度、イメージセンサ１０に入射するまでの光路のうち、少なくとも、拡散板１１０を逆方向から通過して筐体１０１内の天井１０１ａで反射し、再び拡散板１１０に正方向から入射するまでの光路（例えば、図９における光Ｌ１２及びＬ１３の光路）の長さを十分に長く設定することで、イメージセンサ１０の受光面に入射する光Ｌ１４の径を十分に広げることが可能となる。具体的には、イメージセンサ１０の受光面から筐体１０１の天井１０１ａまでの距離（例えば、最短距離）Ｄを十分に長く設定することで、受光面に入射する光Ｌ１４の径を十分に広げることが可能となる。それにより、受光面に入射する光Ｌ１４の強度を低減することが可能となるため、入射した光Ｌ１４の像を無視できる程度に十分にぼやけさせることが可能となる。
　なお、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０までの距離ｄの下限は、例えば、イメージセンサ１０の製造プロセスに依存して決まる。したがって、撮像装置１００を設計する際には、先に、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０までの距離ｄを決定した上で、二次反射によるアーチファクトを十分に低減することが可能な散乱角プロファイルを持つ拡散板１１０を選択するとよい。
　１．５　画質について
　図１０は、本実施形態に係る撮像装置に入射した光が拡散板を介してイメージセンサに入射するまでを説明するための模式図である。
　本実施形態において、拡散板１１０を配置することによる画質の低下を抑制するためには、上記式（２）で示した相対光強度Ｐ（β）が１に近づくように、散乱角βを十分に小さくすることが好ましい。図１０に示すように、例えば、イメージセンサ１０の画素ピッチを２ｒとした場合、光Ｌ１０の半分の光がイメージセンサ１０の受光面に形成するスポットの半径ｒが、以下の式（３）を満足するように、拡散板１１０の散乱角βが設定されるとよい。なお、本説明において、画素ピッチとは、受光素子１３２のピッチであってよい。この画素ピッチは、例えば、受光素子１３２のサイズと同等であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（３）は、光Ｌ１が拡散板１１０に対して垂直に入射した場合を示している。ただし、拡散板１１０で拡散された光Ｌ１０がイメージセンサ１０の受光面に形成するスポットの形状や大きさは、拡散板１１０への光Ｌ１の入射角θにも依存する。
　入射角θ及び散乱角βが十分に小さい場合には、光Ｌ１０がイメージセンサ１０の受光面に形成するスポットの径が実質的にｄ／ｃｏｓθに比例する。これは、入射角θが大きいほど、拡散板１１０で拡散された光Ｌ１０がイメージセンサ１０の受光面に結像する像がぼやけることを示している。
　そこで、光Ｌ１が拡散板１１０に傾いて入射した場合を考慮するためには、上述した式（３）を、以下の式（４）のように修正するとよい。なお、式（４）において、θは、光Ｌ１の最大入射角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　このように、拡散板１１０は、入射角θが小さいほどスポットの周囲を強く拡散するという、空間的に均一でないプロファイルを備えている。また、拡散板１１０は、入射角θに依存してイメージセンサ１０の受光面と拡散板１１０との間の距離が変化するという機能も備える。すなわち、入射角θが大きいほど、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０までの距離が短くなる。
　１．６　二次反射によるアーチファクトについて
　図１１は、本実施形態における二次反射によるアーチファクトを説明するための模式図である。本説明では、簡略化のため、筐体１０１の天井１０１ａで反射した光Ｌ１３がイメージセンサ１０に再入射する際に拡散板１１０で受ける拡散による広がりを無視する。これは、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１３がイメージセンサ１０に再入射するまでの光路長に比べ、拡散板１１０を通過した光がイメージセンサ１０に再入射するまでの光路長が十分に短く、その影響を無視したとしても考察の結果に殆ど影響しないためである。
　本実施形態において、二次反射によるアーチファクトを低減するためには、上述した式（１）～（３）におけるρ（α）が可能な限り定数関数である必要がある。たが一方で、上記した式（３）又は式（４）を満足する必要も存在する。
　例えば、α≦βの場合、ρ（α）が定数Ｃであるとすると、定数Ｃは、上記した式（３）又は式（４）から、以下の式（５）のように求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１０が再びイメージセンサ１０に入射するまでの光の伝搬距離Ｄ’は、距離Ｄの２倍から距離ｄを引いた距離以上、すなわち、Ｄ’≧Ｄ＋（Ｄ－ｄ）となる。
　この伝搬距離Ｄ’では、イメージセンサ１０に入射する光の半分以上が、以下の式（６）で求まる半径Ｒの領域に略均一に分布する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（６）より、距離Ｄを距離ｄに対して十分に大きく設定することで、半径Ｒを半径ｒよりも非常に大きくできることが分かる。このことから、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０までの距離ｄを十分に短く、すなわち、拡散板１１０をイメージセンサ１０の受光面に十分に近接することで、受光面に結像される像のぼやけを低減し、画質の低下を抑制することが可能となることが分かる。
　１．７　作用・効果
　以上で説明したように、本実施形態では、筐体１０１内に収容されたイメージセンサ１０の受光面に近接して、拡散板１１０が配置される。これにより、イメージセンサ１０で反射して周囲の反射性部材（例えば、天井１０１ａ）で反射し、再度イメージセンサ１０に入射した光Ｌ１４の像を、無視できる程度に十分にぼやけさせることが可能となるため、二次反射によるアーチファクトを低減することが可能となる。
　また、本実施形態では、イメージセンサ１０の受光面に十分に近接して拡散板１１０が配置される。これにより、イメージセンサ１０の受光面に結像される光Ｌ１０の像のぼやけが低減されるため、画質の低下を抑制することが可能となる。
　２．第２の実施形態
　次に、第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。上述した第１の実施形態では、イメージセンサ１０のチップに対して拡散板１１０を近接して配置する場合を例示した。これに対し、第２の実施形態では、拡散板がイメージセンサのチップ内に組み込まれた場合について、例を挙げて説明する。
　本実施形態では、例えば、第１の実施形態において例示した撮像装置１００におけるイメージセンサ１０が、後述するイメージセンサ２０に置き換えられる。なお、イメージセンサ２０は、可視光用のセンサであっても、非可視光用のセンサであってもよい。
　２．１　イメージセンサの概略構成例
　図１２は、本実施形態に係るイメージセンサの概略構成例を示す模式断面図である。なお、図１２には、イメージセンサ２０における１つの単位画素の断面構造例が示されている。また、図１２では、単位画素における画素回路、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等の構成が省略されている。
　図１２に示すように、イメージセンサ２０は、例えば、シリコン基板などの半導体基板２１に、フィルタ２３と、拡散部２１０と、受光部２４とが形成された構成を備える。また、半導体基板２１における光の入射面には、単位画素ごとのマイクロレンズ２２が設けられている。
　マイクロレンズ２２は、例えば、入射した光Ｌ２を受光部２４に集光する。フィルタ２３は、例えば、特定波長の光を透過する波長選択機能を備える。拡散部２１０は、上述した実施形態における拡散板１１０と同様、入射した光を所定の散乱角プロファイルで拡散して散乱光Ｌ２０を出力する。受光部２４は、上述した実施形態における受光素子１３２と同様、入射した光を撮像して電荷を発生させる。
　このような構成において、拡散部２１０は、例えば、フィルタ２３と受光部２４との間に配置される。例えば、拡散部２１０は、フィルタ２３の直下に配置される。このような構成とすることで、受光部２４の光の入射面から拡散部２１０（例えば、入射光が拡散部２１０に対して正方向から入射する面）までの距離ｄを十分に短くする、すなわち、拡散板１１０をイメージセンサ１０の受光面に十分に近接することが可能となる。それにより、例えば、第１の実施形態と同様に、イメージセンサ２０の受光面に結像される像のぼやけを低減し、画質の低下を抑制することが可能となる。また、イメージセンサ２０が半導体基板２１の素子形成面を光の入射面とする表面照射型である場合には、素子形成面に形成された配線等の反射性部材の上に拡散部２１０が位置することとなるため、反射性部材での反射によるクロストークを低減することも可能になるというメリットも存在する。
　より具体的には、図１２に示すように、マイクロレンズ２２に入射した光Ｌ２は、その後、半導体基板２１に形成されたフィルタ２３を介して拡散部２１０に入射することで、散乱角βの散乱光Ｌ２０に変換される。そして、散乱光Ｌ２０は、半導体基板２１内を伝搬することで、拡散部２１０から距離ｄ離間した受光部２４に入射する。受光部２４に入射する際の散乱光Ｌ２０の径２ｒは、光Ｌ１の入射角θが十分に小さければ、近似的には、ｒ＝ｄ×ｓｉｎβとなる。より正確には、上述した第１の実施形態における式（３）又は式（４）を用いて求めることができる。
　また、図１３は、図１２における受光部の入射面で反射した光がマイクロレンズを介してイメージセンサから出射するまでを説明するための図である。
　受光部２４の入射面で反射した光Ｌ２１は、拡散部２１０を逆方向から通過することで、散乱角βの散乱光Ｌ２２に変換され、その後、マイクロレンズ２２に入射する。凸型のマイクロレンズ２２は、その集光機能から、入射した散乱光Ｌ２２の散乱角βを低減する。その結果、マイクロレンズ２２からは、散乱角βよりも小さい散乱角β１の光Ｌ２３が出力される。
　ここで、受光部２４をマイクロレンズ２２の光学中心Ｏから焦点距離Ｆだけ離れた焦点面に配置し、拡散部２１０を光学中心Ｏから焦点距離Ｆよりも短い距離Ｌだけ離れた位置に配置したとすると、拡散部２１０が無いと仮定した場合の光Ｌ２３の出射面は、例えば、薄レンズ近似に基づき、以下の式（７）から、マイクロレンズ２２の光学中心Ｏから焦点距離Ｆよりも短い距離Ｉだけ離れた面となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（７）から、距離Ｉは、以下の式（８）のように求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　０≦Ｌ＜Ｆであるため、距離Ｉは、常にマイナスの値で、且つ、距離Ｉの絶対値は距離Ｌよりも常に小さい。すなわち、拡散部２１０が無いと仮定した場合の光Ｌ２３の出射面は、受光部２４と式（８）から求まる距離Ｉに配置された拡散部２１０との間に位置することとなる。
　また、式（８）から、光Ｌ２３の散乱角β１は、以下の式（９）のように近似することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで、散乱角β及びβ１が十分に小さい場合には、式（９）から、β１は以下の式（１０）のように求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　以上のことから、光Ｌ２３の散乱角β１の散乱角βからの減少を低減するためには、拡散部２１０をマイクロレンズ２２の光学中心Ｏにできるだけ近接して配置することが好ましいことが分かる。
　２．２　作用・効果
　以上で説明したように、拡散部２１０をイメージセンサ２０のチップ内に組み込んだ場合にも、第１の実施形態と同様に、受光部２４の入射面で反射して周囲の反射性部材（例えば、天井１０１ａ）で反射し、再度、受光部２４に入射した光の像を、無視できる程度に十分にぼやけさせることが可能になるとともに、受光部２４に結像される光の像のぼやけを低減することが可能となる。それにより、二次反射によるアーチファクトの低減と、画質の低下抑制とを実現することが可能となる。
　なお、以上の説明では、拡散部２１０をフィルタ２３と受光部２４との間に配置した場合が例示されているが、これに限られず、例えば、拡散部２１０をフィルタ２３とマイクロレンズ２２との間に配置してもよい。例えば、半導体基板２１に形成されたフィルタ２３やその他の部材が反射性を備える場合、このフィルタ２３やその他の部材を拡散部２１０と受光部２４との間に配置することで、イメージセンサ２０の受光面に結像される像のぼやけを低減して画質の低下を抑制することに加え、隣接する単位画素間のクロストークを低減することが可能となる。
　また、フィルタ２３及び拡散部２１０の代わりに、フィルタと拡散部とが一体化された層を用いることも可能である。この場合でも、上述した構成と同様に、受光部２４の光の入射面から拡散部２１０までの距離ｄを十分に短くすることが可能となるため、イメージセンサ２０の受光面に結像される像のぼやけを低減して、画質の低下を抑制することが可能となる。
　その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、個々では詳細な説明を省略する。
　３．第３の実施形態
　次に、第３の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。上述した第１及び第２の実施形態では、撮像装置１００がレンズ１０２を備える場合を例示した。これに対し、第３の実施形態では、撮像装置がレンズ１０２の代わりの光学系として、コーデッドアパーチャを備える場合について、例を挙げて説明する。
　コーデッドアパーチャとは、幾何学的又は円形でないランダムな形状の光学開口を備えたマスク状の部材であり、ＰＳＦ（point　spread　function）を制御して画像の明るさや被写界深度等を調整する符号化撮像技術に用いられる絞り部である。
　コーデッドアパーチャには、その加工のし易さや価格などから、必ずしも、光吸収性の高い材料が使用されるとは限られない。例えば、コーデッドアパーチャが高い反射性を備える場合、図１４に示すように、イメージセンサ９１０で反射した光Ｌ９０２は、コーデッドアパーチャ９１２を高い反射率で反射してイメージセンサ９１０に再入射する。その結果、イメージセンサ９１０で撮像された画像には、高い光強度の反射光Ｌ９１３に起因した二次反射によるアーチファクトが強く現れる。
　そこで本実施形態では、上述した第１の実施形態と同様に、イメージセンサの受光面に十分に近接して、拡散板を配置する。
　３．１　撮像装置の概略構成例
　図１５は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成例を示す断面図である。図１５に示すように、撮像装置３００は、例えば、イメージセンサ１０とイメージセンサ１０の受光面側に配置されたコーデッドアパーチャ３０２との間に拡散板１１０が配置された構成を備える。イメージセンサ１０は、例えば、第１の実施形態において例示したイメージセンサ１０、又は、第２の実施形態において例示したイメージセンサ２０と同様であってよい。
　図１６に示すように、コーデッドアパーチャ３０２の光学開口から入射した光Ｌ１は、拡散板１１０で拡散されて光Ｌ１０としてイメージセンサ１０に入射する。そこで、第１の実施形態と同様に、拡散板１１０は、イメージセンサ１０の受光面に近接して配置される。これにより、受光面に結像される像のぼやけを低減し、画質の低下を抑制することが可能となる。
　また、図１７に示すように、イメージセンサ１０で反射した光Ｌ１１は、拡散板１１０を逆方向から通過することで、伝搬距離に応じて径を広げる光Ｌ１２に変換される。光Ｌ１２は、コーデッドアパーチャ３０２における遮光部分で反射されて、拡散板１１０へ戻る。したがって、したがって、拡散板１１０に正方向から再入射する光Ｌ２３（図１７における斜線部分）の像は、コーデッドアパーチャ３０２のパターンを拡大した像となる。
　そのため、第１の実施形態と同様に、拡散板１１０を逆方向から通過して再度拡散板１１０に正方向から入射するまでの光路の長さを十分に長く設定することで、イメージセンサ１０に再入射するまでに、光Ｌ２３の径を十分に広げてその強度を低減することができる。それにより、二次反射によるアーチファクトを低減することが可能となる。
　なお、コーデッドアパーチャ３０２の特性が十分に小さい場合には、光の回折による効果も、光Ｌ２３の径を十分に広げることに寄与することとなる。
　３．２　二次反射によるアーチファクトのより具体的な考察
　次に、コーデッドアパーチャ３０２を用いた場合の二次反射によるアーチファクトについて、より具体的に説明する。なお、以下の説明では、イメージセンサ１０の受光面での反射率Ｒｓを０．３とし、コーデッドアパーチャ３０２の遮光部分での反射率Ｍｓを０．９とする。また、入射光Ｌ９０１及びＬ１の入射角θを２０°とする。
　図１８は、拡散板を備えていない撮像装置に入射した光の進行を説明するための図であり、図１９は、拡散板を備える撮像装置に入射した光の進行を説明するための図であり、図２０は、拡散板を通過した光の進行を説明するための図である。なお、図１８～図２０中、破線で示された構成は、反射光学系を透過光学系に置き換えた場合の光の進行を示している。また、図１８～図２０では、例えば、イメージセンサ１０の画素ピッチ２ｒを０．００００１ｍとし、イメージセンサ１０の受光面からコーデッドアパーチャ３０２までの距離Ｄを０．０１ｍとしている。さらに、図１９及び図２０では、イメージセンサ１０の受光面から拡散板１１０までの距離ｄを０．０００１ｍ（メートル）とし、拡散板１１０の正規化された円対称の散乱角プロファイルによる散乱角βを以下の式（１１）から約０．０４７（ラジアン）としている。なお、式（１１）において、散乱角β＝約０．０４７（ラジアン）は、例えば、拡散板１１０から出射した光Ｌ１０が１つの受光素子１３２の範囲内に収まるように、式（４）に基づいて計算された値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　まず、拡散板を設けない場合、図１８に示すように、コーデッドアパーチャ３０２の光学開口を介して入射した光Ｌ１は、イメージセンサ１０の受光面における点Ｐに入射する。また、点Ｐで反射した光Ｌ９２は、コーデッドアパーチャ３０２の遮光部分で反射し、そして、この反射による反射光Ｌ９３は、イメージセンサ１０の受光面における点Ｑに入射する。したがって、イメージセンサ１０の受光面に形成される光のスポットは、点Ｐと点Ｑの２つとなる。
　そこで、上述したように、イメージセンサ１０の受光面での反射率Ｒｓを０．３とし、コーデッドアパーチャ３０２の遮光部分での反射率Ｍｓを０．９とすると、２回の反射により点Ｑに形成されるスポットの光強度は、点Ｐに形成されるスポットの光強度の０．２７倍（＝０．３×０．９）となる。
　一方、拡散板１１０を設けた場合、図１９に示すように、コーデッドアパーチャ３０２の光学開口を介して入射した光Ｌ１は、点Ａで拡散板１１０に正方向から入射して拡散することで、広がり角２βの散乱光である光Ｌ１０に均一に変換される。そして、光Ｌ１０は、イメージセンサ１０の受光面における点Ｐを略中心としたスポットを形成する。点Ｐを含むスポットにおける光の散乱角プロファイルρ（α）は、以下の式（１２）で表すことができる。なお、式（１２）では、散乱角βから外れた角度での光の強度を０としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　また、図２０に示すように、点Ａで拡散されてイメージセンサ１０の受光面で反射された光Ｌ１１は、その後、点Ｂで拡散板１１０に逆方向から入射して拡散されることで光Ｌ１２に変換され、さらに、コーデッドアパーチャ３０２の遮光部分で反射される。そして、遮光部分で反射された光Ｌ２３は、点Ｃで拡散板１１０に正方向から入射して拡散されることで光Ｌ２４に変換される。そして、光Ｌ２４は、イメージセンサ１０の受光面における点Ｑを略中心とした非常に広い径のスポットを形成する。
　このように、拡散板１１０を設けた場合、イメージセンサ１０に再入射する二次反射光（Ｌ２４に相当）は、２回以上（本例では３回）、拡散板１１０によって拡散されている。そのため、二次反射光がイメージセンサ１０の受光面に形成するスポットの径をより広げて、その像をぼやけさせることが可能となるため、二次反射によるアーチファクトをより低減することが可能となる。
　例えば、イメージセンサ１０の受光面で反射して再度イメージセンサ１０の受光面に入射した光Ｌ２４（二次反射光）が形成するスポットの半径（図１９参照）は、拡散板１１０を一回通過してイメージセンサ１０の受光面に入射した光Ｌ１０が形成するスポットの半径ｒ（図２０参照）の約（２Ｄ＋ｄ）／ｄ倍となる。そのため、光Ｌ２４（二次反射光）が形成するスポットにおける光の強度は、以下の式（１３）から、約０．０００００７となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　このように、本実施形態によれば、拡散板１１０を設けることで、二次反射光（図２０のＬ２４に相当）が形成するスポットの光強度（＝０．０００００７）を、拡散板を設けなかった場合に二次反射光（図１８のＬ９３に相当）が形成するスポットの光強度（＝０．２７）よりも大幅に低減することが可能となる。
　３．３　作用・効果
　以上で説明したように、レンズ１０２の代わりにコーデッドアパーチャ３０２を用いた場合でも、第１の実施形態と同様に、イメージセンサ１０の受光面に近接して拡散板１１０を配置することで、イメージセンサ１０で反射して周囲の反射性部材（例えば、コーデッドアパーチャ３０２）で反射し、再度イメージセンサ１０に入射した光Ｌ２３の像を、無視できる程度に十分にぼやけさせることが可能となるため、二次反射によるアーチファクトを低減することが可能となる。
　その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、個々では詳細な説明を省略する。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示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。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部と、
　前記拡散部で拡散された光を電気信号に変換する受光部と、
　を備える撮像装置。
（２）
　前記拡散部は、前記散乱光のうちの少なくとも半分の光で前記受光部における光の入射面に形成されるスポットのサイズが前記受光部の前記入射面のサイズよりも小さくなるように、前記入射光を前記散乱光に変換する前記（１）に記載の撮像装置。
（３）
　前記拡散部の散乱角プロファイルρ（α）は、前記入射光の光軸からの偏差角をαとし、前記入射光の入射角をθとし、前記散乱光の散乱角をβとし、前記散乱光が前記受光部の光の入射面に形成するスポットの半径をｒとし、前記入射面から前記拡散部までの距離をｄとした場合、以下の式（１４）を満足する
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 　前記（１）又は（２）に記載の撮像装置。
（４）
　前記受光部のサイズは、２ｒ以上である前記（３）に記載の撮像装置。
（５）
　前記受光部は、赤外線を受光して電気信号に変換する赤外線検出素子である前記（１）～（４）の何れか１項に記載の撮像装置。
（６）
　前記赤外線検出素子は、焦電センサ、サーモパイル及びボロメータのうちの何れかである前記（５）に記載の撮像装置。
（７）
　前記入射光が通過する光学系をさらに備え、
　前記拡散部は、前記光学系よりも前記受光部に近接する前記（１）～（６）の何れか１項に記載の撮像装置。
（８）
　前記光学系は、前記入射光を集光するレンズである前記（７）に記載の撮像装置。
（９）
　前記光学系は、コーデッドアパーチャである前記（７）に記載の撮像装置。
（１０）
　前記受光部に一対一に設けられ、前記受光部に入射する光を集光するマイクロレンズをさらに備える前記（１）～（９）の何れか１項に記載の撮像装置。
（１１）
　前記受光部に入射する光を特定波長の光に制限するフィルタをさらに備える前記（１）～（１０）の何れか１項に記載の撮像装置。
（１２）
　前記拡散部は、前記受光部と前記フィルタとの間に配置される前記（１１）に記載の撮像装置。
（１３）
　前記拡散部は、前記フィルタを挟んで前記受光部と反対側に配置される前記（１１）に記載の撮像装置。
（１４）
　前記拡散部は、前記受光部に入射する光を特定波長の光に制限する前記（１）～（１０）の何れか１項に記載の撮像装置。
（１５）
　半導体基板と、
　前記半導体基板に設けられ、入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部と、
　前記半導体基板に設けられ、前記拡散部で拡散された光を受光して電荷を発生させる受光部と、
　を備える固体撮像装置。
　１　制御部
　３　素子アレイ部
　５、１５　信号処理回路
　１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０　イメージセンサ
　１１　タイミング制御回路
　１２　画素駆動回路
　１３　画素アレイ部
　１７　参照電圧生成器
　１８　水平転送回路
　１９　出力回路
　２１　半導体基板
　２２　マイクロレンズ
　２３　フィルタ
　２４　受光部
　１００、３００　撮像装置
　１０１　筐体
　１０１ａ　天井
　１０２　レンズ
　１０３　開口
　１１０、１１０Ａ　拡散板
　１３１　単位画素
　１３２　受光素子
　２１０　拡散部
　３０２　コーデッドアパーチャ
　ＬＤ　画素駆動線
　ＨＳＬ　水平信号線
　ＶＳＬ　垂直信号線
　Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ２１、Ｌ２３、Ｌ２４　光
　Ｌ２０、Ｌ２２　散乱光

Claims (15)

  1. 　入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部と、
    　前記拡散部で拡散された光を電気信号に変換する受光部と、
    　を備える撮像装置。
  2. 　前記拡散部は、前記散乱光のうちの少なくとも半分の光で前記受光部における光の入射面に形成されるスポットのサイズが前記受光部の前記入射面のサイズよりも小さくなるように、前記入射光を前記散乱光に変換する請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記拡散部の散乱角プロファイルρ（α）は、前記入射光の光軸からの偏差角をαとし、前記入射光の入射角をθとし、前記散乱光の散乱角をβとし、前記散乱光が前記受光部の光の入射面に形成するスポットの半径をｒとし、前記入射面から前記拡散部までの距離をｄとした場合、以下の式（１）を満足する
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　請求項１に記載の撮像装置。
  4. 　前記受光部のサイズは、２ｒ以上である請求項３に記載の撮像装置。
  5. 　前記受光部は、赤外線を受光して電気信号に変換する赤外線検出素子である請求項１に記載の撮像装置。
  6. 　前記赤外線検出素子は、焦電センサ、サーモパイル及びボロメータのうちの何れかである請求項５に記載の撮像装置。
  7. 　前記入射光が通過する光学系をさらに備え、
    　前記拡散部は、前記光学系よりも前記受光部に近接する請求項１に記載の撮像装置。
  8. 　前記光学系は、前記入射光を集光するレンズである請求項７に記載の撮像装置。
  9. 　前記光学系は、コーデッドアパーチャである請求項７に記載の撮像装置。
  10. 　前記受光部に一対一に設けられ、前記受光部に入射する光を集光するマイクロレンズをさらに備える請求項１に記載の撮像装置。
  11. 　前記受光部に入射する光を特定波長の光に制限するフィルタをさらに備える請求項１に記載の撮像装置。
  12. 　前記拡散部は、前記受光部と前記フィルタとの間に配置される請求項１１に記載の撮像装置。
  13. 　前記拡散部は、前記フィルタを挟んで前記受光部と反対側に配置される請求項１１に記載の撮像装置。
  14. 　前記拡散部は、前記受光部に入射する光を特定波長の光に制限する請求項１に記載の撮像装置。
  15. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられ、入射光を伝搬距離に応じて径を広げる散乱光に変換して出力する拡散部と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記拡散部で拡散された光を受光して電荷を発生させる受光部と、
    　を備える固体撮像装置。
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