(57)【要約】【課題】マイクロレンズを、一様に敷き詰めたＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の、中央部に対する周辺部の感度低下を抑えることが求められていた。【解決手段】前記マイクロレンズ群の中において複数の単位マイクロレンズからなる同一の矩形形状からなる単位領域を複数任意に設定した場合、前記単位領域に含まれる第一の単位マイクロレンズの数である第一の単位マイクロレンズの配置数Ｎ１と、前記単位領域に含まれる前記第二の単位マイクロレンズの数である第二の単位マイクロレンズの配置数Ｎ２との配置数比率Ｎ１／Ｎ２が、前記固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きくなるに従って数値が低くなっている固体撮像素子等を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素ごとに区分された光電変換領域と、前記画素と一対一に対応させた単位マイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有する固体撮像素子であって、
前記マイクロレンズ群は、凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズとフレネルレンズからなる第二の単位マイクロレンズから構成され、
前記マイクロレンズ群の中において複数の単位マイクロレンズからなる同一の矩形形状からなる単位領域を複数任意に設定した場合、前記単位領域に含まれる第一の単位マイクロレンズの数である第一の単位マイクロレンズの配置数Ｎ１と、前記単位領域に含まれる前記第二の単位マイクロレンズの数である第二の単位マイクロレンズの配置数Ｎ２との配置数比率Ｎ１／Ｎ２が、前記固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きくなるに従って数値が低くなっていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記固体撮像素子に入射する光の主光線傾斜角が１０°未満の領域に前記第一の単位マイクロレンズが配置され、前記主光線傾斜角が１０°以上の領域に前記第二の単位マイクロレンズが配置されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第一の単位マイクロレンズ、及び前記第二の単位マイクロレンズの少なくとも一方は、前記固体撮像素子の前記光入射側から垂直に眺めた時の底面の形状が楕円であることを特徴とする、請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第一の単位マイクロレンズ、及び前記第二の単位マイクロレンズの少なくとも一方は、前記画素ごとに区分された光電変換領域の中心位置と、それと対応する前記単位マイクロレンズの中心位置の差分が、前記固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒの関数である差分関数Δ（ｒ）で表されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の固体撮像素子を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素ごとに区分された光電変換領域と、前記画素と一対一に対応させた単位マイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有する固体撮像素子に関し、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが短い固体撮像素子の中央部に対する、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが長い固体撮像素子の周辺部などの感度低下を抑えることのできる固体撮像素子と、それを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に搭載される撮像装置の高画素化が進められている。撮像装置に組み込まれるＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の画素微細化に伴い、１画素あたりに入射する光量減少による感度低下が問題となっている。
【０００３】
感度低下を抑えるために、受光素子の入射側に、画素に一対一に対応させて単位マイクロレンズを形成する方式が広く用いられている。マイクロレンズを形成することで、入射光を効率よくフォトダイオードに集光することができ、受光感度を向上させることができる（特許文献１）。
【０００４】
しかし、集光性の高いマイクロレンズの形状は、入射光の入射角度に依存するため、主光線が垂直に入射するセンサー中央部と、主光線が傾いて入射するセンサー周辺部とでは、最適なレンズ形状が異なる。
【０００５】
そのため、主光線が垂直である条件で最適化した単位マイクロレンズを一様に敷き詰めた場合、センサーの中央部で十分感度が高かったとしても、周辺部で感度が十分に足りないという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３２２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、単位マイクロレンズを、一様に敷き詰めた、画素ごとに区分された光電変換領域と、前記画素と一対一に対応させた単位マイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子の中央部に対する固体撮像素子の周辺部の感度低下を抑えることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の第１の態様は、画素ごとに区分された光電変換領域と、前記画素と一対一に対応させた単位マイクロレンズからなるマイクロレンズ群と、を有する固体撮像素子であって、
前記マイクロレンズ群は、凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズとフレネルレンズからなる第二の単位マイクロレンズから構成され、
前記マイクロレンズ群の中において複数の単位マイクロレンズからなる同一の矩形形状からなる単位領域を複数任意に設定した場合、前記単位領域に含まれる第一の単位マイクロレンズの数である第一の単位マイクロレンズの配置数Ｎ１と、前記単位領域に含まれる
前記第二の単位マイクロレンズの数である第二の単位マイクロレンズの配置数Ｎ２との配置数比率Ｎ１／Ｎ２が、固体撮像素子の中央から周辺に向かうに従って数値が低くなっていることを特徴とする固体撮像素子である。
【０００９】
また、本発明の第２の態様は、前記固体撮像素子に入射する光の主光線傾斜角が１０°未満の領域に前記第一の単位マイクロレンズが配置され、前記主光線傾斜角が１０°以上の領域に前記第二の単位マイクロレンズが配置されることを特徴とする第１の態様の固体撮像素子である。
【００１０】
また、本発明の第３の態様は、前記第一の単位マイクロレンズ、及び前記第二の単位マイクロレンズの少なくとも一方は、前記固体撮像素子の前記光入射側から垂直に眺めた時の底面の形状が楕円であることを特徴とする、第１または第２の態様の固体撮像素子である。
【００１１】
また、本発明の第４の態様は、前記第一の単位マイクロレンズ、及び前記第二の単位マイクロレンズの少なくとも一方は、前記画素ごとに区分された光電変換領域の中心位置と、それと対応する前記単位マイクロレンズの中心位置の差分が、前記固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒの関数である差分関数Δ（ｒ）で表されることを特徴とする、第１または第２のまたは第３の態様の固体撮像素子である。
【００１２】
また、本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様の固体撮像素子を備えたことを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、マイクロレンズ群の固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが短い中央部に対する、マイクロレンズ群の固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが長い周辺部の感度低下を抑えることができ、受光感度の向上を図ることができ、特に主光線が傾いた場合の、感度改善に効果があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のマイクロレンズ群を備えた固体撮像素子の一例を表した模式的図であり、（ａ）は画素配置の模式的部分平面図、（ｂ）は固体撮像素子の模式的部分断面図、（ｃ）は複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズ群の一部を示す模式的平面図である。
【図２】本発明の実施形態と比較形態における、マイクロレンズの作用を表す模式的断面図であり、（ａ）は凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズを有する固体撮像素子の模式的部分断面図、（ｂ）はフレネルレンズからなる第一の単位マイクロレンズを有する固体撮像素子の模式的部分断面図である。
【図３】カメラ光学系における光路を表す模式図であり、（ａ）は主光線が固体撮像素子の表面に対して垂直に照射された場合、（ｂ）は主光線が固体撮像素子の表面に対して傾斜して照射された場合である。
【図４】本発明の実施形態における、マイクロレンズの配置を表す図であり、（ａ）は固体撮像素子の概念的平面図、（ｂ）は（ａ）の直線Ｑにおける光電変換領域の中心位置とそれと対応する単位マイクロレンズの中心位置が一致する場合の概念的断面図であり、（ｃ）は（ａ）の直線Ｑにおける光電変換領域の中心位置とそれと対応する単位マイクロレンズの中心位置をずらした場合の概念的断面図である。
【図５】本発明の実施形態における、単位マイクロレンズの断面図の一例を示す概念断面図であり、（ａ）はレリーフ型のフレネルレンズを用いた場合、（ｂ）はバイナリ型のフレネルレンズを用いた場合である。
【図６】シミュレーションモデルの断面図である。
【図７】画像ピッチが５μｍの場合の入射角と受光感度のグラフである。
【図８】画像ピッチが１０μｍの場合の入射角と受光感度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、マイクロレンズを備えた固体撮像素子１０の一例を示す画素配置の平面図（ａ）とマイクロレンズ群を含んだ固体撮像素子１０の断面図（ｂ)、マイクロレンズ群の平面図（ｃ）であり、１は基板、１ａは光電変換領域、２は配線層、３は配線、４はカラーフィルタ、５はマイクロレンズ群である。図１ではカラーフィルタ４がある構成の一例を示したが、カラーフィルタを削除して配線層２の上に直接単位マイクロレンズ、例えば凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズ５ａが配置される構成でも良い。
【００１６】
固体撮像素子１０に入射した光は、第一の単位マイクロレンズ５ａで屈折し、さらに、カラーフィルタ４を透過して、画素ごとの色に応じた光が配線層２を透過して光電変換領域１ａに集光する。光電変換領域１ａは、画素ごとに分離されており、光電変換領域１ａに光が照射されることで発生した電荷が電子回路に流れ、信号として読み出される。
【００１７】
基板１および光電変換領域１ａは例えばシリコンで構成される。配線層２は、酸化シリコンや窒化シリコン等で形成する。配線３は、アルミニウム、銀、クロム、タングステンなどの金属で形成する。
【００１８】
カラーフィルタ４は、例えば、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｒ（赤）の色に対応する波長を選択的に透過する顔料や染料を含んだ有機材料により構成される。第一の単位マイクロレンズ５ａは、例えば屈折率が１．４以上１．７以下程度の透明樹脂により構成される。
【００１９】
固体撮像素子１０に入射した光が辿る経路を分類すると、（イ）第一の単位マイクロレンズ５ａで集光され、光電変換領域１ａに到達する光、（ロ）隣接する画素の光電変換領域１ａに入射する光、（ハ）隣接する画素のカラーフィルタ４に吸収される光、（ニ）配線層２に吸収される光、（ホ）第一の単位マイクロレンズ５ａ表面もしくは固体撮像素子１０内部からの反射光、に分類される。
【００２０】
受光感度を高めるためには、光（イ）を増やし、ロスとなる光（ロ）〜（ホ）を減らす必要がある。特に、光（ロ）は隣接画素の光（クロストーク光）が漏れこむことにより、色純度の劣化やノイズの発生を招くため好ましくない。クロストーク光は、主光線が固体撮像素子１０に対して傾いて入射する場合に発生しやすくなる。
【００２１】
本発明の固体撮像素子１０を構成するマイクロレンズ群５のマイクロレンズは、凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズ５ａと、フレネルレンズからなる第二の単位マイクロレンズ５ｂのいずれかで構成される。第一の単位マイクロレンズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂは、固体撮像素子１０の面内の単位領域Ｓにおいて、第一の単位マイクロレンズ５ａが形成された画素の数をＮ１、第二の単位マイクロレンズ５ｂが形成された画素の数をＮ２としたとき、固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが比較的短い中央部から、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが長い周辺部に向かうに従って、比率Ｎ１／Ｎ２が単調減少することを特徴とする。この場合の固体撮像素子の中心位置とは、最も上の光電変換領域の上端と最も下の光電変換領域の下端との中央で、最も左の光電変換領域の左端と最も右の光電変換領域の右端との中央の位置を指す。
【００２２】
図２は、固体撮像素子１０に主光線が傾いて入射した場合の、第一の単位マイクロレン
ズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂの光の伝搬経路の差を模数的に表したものである。図２（ａ）は第一の単位マイクロレンズ５ａの場合を示し、図２（ｂ）は第二の単位マイクロレンズの場合を示している。
【００２３】
図２（ａ）のように第一の単位マイクロレンズ５ａが凸レンズ形状の場合、第一の単位マイクロレンズ５ａの頂部付近に入射した傾斜光は、第一の単位マイクロレンズ５ａの頂部と光電変換領域１ａまでの距離が離れているため、光電変換領域１ａから外れた領域に集光し、隣接画素へのクロストーク光が増加し、受光感度が低下する。
【００２４】
図２（ｂ）に示す第二の単位マイクロレンズ５ｂを形成した場合、第二の単位マイクロレンズ５ｂの頂部と光電変換領域１ａの距離が近いため、傾斜光が光電変換領域１ａ内部に集光し、隣接画素へのクロストーク光が減少し、受光感度が増加する。
【００２５】
図３（ａ）に示すようにカメラ光学系の開口絞りの中心を通過する光（実線）を主光線、中心から外れた周辺部を通過する光線（破線）を周辺光線と呼ぶ。固体撮像素子１０の中心Ｏに対しては主光線が垂直に照射され、主光線を軸として円錐状の周辺光線が入射する。（ｂ）に示すように固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部Ｅに対しては主光線が傾斜し、主光線を軸とした円錐状の周辺光線が入射する。そのため、周辺部Ｅに対しては固体撮像素子１０の鉛直方向に対して大きく傾いた光が入射することになり、受光感度が低下しやすくなる。周辺部の画素の感度が低下すると、撮影画像の中心位置から測った距離が大きい周辺部の画像が暗くなるシェーディングが発生し、画質悪化の要因となる。
【００２６】
このようなシェーディングの発生を抑制するため、単位領域における第一の単位マイクロレンズ５ａの配置数をＮ１、第二の単位マイクロレンズ５ｂの配置数をＮ２としたとき、比率Ｎ１／Ｎ２が、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きくなるに従って数値が低くなる様に、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが小さい中央部から固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部に向かうに従って単調減少するように、マイクロレンズ５ａおよびマイクロレンズ５ｂを配置する。このような構成では、固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部の感度を従来の構成と比べて向上させることが出来る。
【００２７】
この場合の周辺部とは、上下左右端からなる周辺に接している位置という場合のみならず、周辺に近接していて固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きい位置をも含む。
【００２８】
図４は、（ａ）略矩形形状の固体撮像素子１０の平面図、（ｂ）と（ｃ）は直線Ｑに沿った断面図である。マイクロレンズ群５と光電変換素子１ａの配置について、図４（ｂ）に示すように、画素ごとのマイクロレンズ５の第一の単位マイクロレンズ５ａや第二の単位マイクロレンズ５ｂの中心位置と光電変換素子１ａの中心位置を一致させてもよいし、図４（ｃ）に示すように、周辺へ向かうにつれてマイクロレンズ５の第一の単位マイクロレンズ５ａや第二の単位マイクロレンズ５ｂの中心位置と光電変換素子１ａの画素ごとの中心位置を水平方向にずらして配置してもよい。画素ごとの中心位置をずらすことで、主光線が傾いた光が光電変換素子１ａに入射しやすくなる。
【００２９】
固体撮像素子１０の中心位置、すなわち、最も上の光電変換領域の上端と最も下の光電変換領域の下端との中央で、最も左の光電変換領域の左端と最も右の光電変換領域の右端との中央の位置を中心位置Ｏ、略矩形状の固体撮像素子１０の上下左右の端辺からなる周辺Ｅ、中心位置Ｏから周辺Ｅに向けて引いた垂線を垂線Ｑとする。
【００３０】
ここで、第一の単位マイクロレンズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂの配置手法について説明する。まず、ある単位面積を有する矩形形状の単位領域Ｓを設定し、単位領域Ｓに中心位置Ｏが含まれる位置を開始位置とする。そして、単位領域Ｓを１画素ずつずらしながら周辺部の略矩形状の固体撮像素子１０のいずれかの周辺Ｅに向けて移動させ、周辺Ｅに単位領域Ｓの一辺が達したら移動を終了させる。
【００３１】
このとき、中心Ｏから周辺Ｅに移動するに従って固体撮像素子１０の中心位置から単位領域Ｓの中心位置への測った距離ｒが大きくなり、単位領域Ｓに含まれる第一の単位マイクロレンズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂの配置数の比率Ｎ１／Ｎ２が単調減少するように、第一の単位マイクロレンズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂを固体撮像素子１０上に配列する。
【００３２】
この場合の単位領域Ｓの中心位置とは、領域上端と領域下端の中央で、領域左端と領域右端中央の位置を表す。
【００３３】
図４は、単位領域Ｓに含まれる画素数を９（縦３画素×横３画素）としたときの例である。ここでの単調減少とは、単位領域Ｓを１画素ずらしたときに、比率Ｎ１／Ｎ２が不変の場合も含む。但し、単位領域Ｓの移動終了時の比率Ｎ１／Ｎ２は、単位領域Ｓの移動開始時の比率Ｎ１／Ｎ２よりも小さくなるように設定する。単位領域Ｓの画素数は上述の９画素のほか１６画素（４×４）や２５画素（５×５）等の正方形としてもよく、６画素（２×３）や１２画素（３×４）等の矩形としてもよい。
【００３４】
固体撮像素子１０の中心位置Ｏ付近は、主光線がほぼ垂直に入射するため、第一の単位マイクロレンズ５ａを単位領域Ｓ内により多く配置することで集光性を高めることができる。そして、固体撮像素子１０の周辺Ｅに近付くにつれて、主光線が傾いて入射するようになるため、第二の単位マイクロレンズ５ｂを単位領域Ｓ内により多く配置する。このように、第一の単位マイクロレンズ５ａと第二の単位マイクロレンズ５ｂを、単位領域Ｓが固体撮像素子１０の中央部から中心位置から測った距離ｒが大きくなる周辺部に向かうに従って、比率が単調減少するように配置することで、固体撮像素子１０の中心位置Ｏ付近と周辺Ｅ付近の双方の感度を高めることができる。
【００３５】
第一の単位マイクロレンズ５ａには、例えば略球面の一部からなる凸レンズを採用することで受光感度を効果的に高めることが出来る。球面以外にも楕円体や放物面の一部など、画素の構造に応じた適切な形状を選ぶことが望ましい。第二の単位マイクロレンズ５ｂには、フレネルレンズを採用することで、主光線の傾いた光を効果的に光電変換領域１ａ内に集光でき、感度を高めることが出来る。ここで採用するフレネルレンズは、図５（ａ）に示すような、凸レンズをリング状に切り出して高さを揃えた構造であるレリーフ型回折レンズからなるフレネルレンズや、（ｂ）に示すようにステップ状の断面で近似したバイナリ型回折レンズからなるフレネルレンズであっても良い。
【００３６】
着目する画素の中心と固体撮像素子１０の中心位置Ｏの距離をｒとした場合、ｒ＜Ｒ（Ｒはある値）を満たす領域において、第一の単位マイクロレンズ５ａのみが配置される、Ｎ２＝０を満たし、ｒ≧Ｒを満たす領域において、第二の単位マイクロレンズ５ｂのみが配置される、Ｎ１＝０を満たすように、マイクロレンズ群５を配列しても良い。
【００３７】
距離Ｒは、例えば主光線傾斜角が１０°となる画素の中心位置と固体撮像素子１０の中心位置Ｏの距離とする。これは、主光線傾斜角が１０°以上の場合に、フレネルレンズが凸レンズと比べて感度が向上しやすいためである。
【００３８】
第一の単位マイクロレンズ５ａ、及び第二の単位マイクロレンズ５ｂの少なくとも一方
は、固体撮像素子１０の光入射側から垂直に眺めた時の底面の形状が楕円であっても良い。これは、画素、もしくは光電変換領域１ａの寸法が、固体撮像素子１０の水平方向もしくは垂直方向に測った時に異なる場合、例えば長方形に感度向上に有効である。このような場合に第一の単位マイクロレンズ５ａまたは第二の単位マイクロレンズ５ｂの底面の形状が円形であると、画素間に隙間が発生し、隙間から透過した光がロスとなるためである。
【００３９】
第一の単位マイクロレンズ５ａまたは第二の単位マイクロレンズ５ｂの中心位置と光電変換領域の中心位置を水平方向にずらす場合、ずらし量をΔとすると、固体撮像素子１０の中心位置Ｏと画素の中心位置の距離ｒの関数Δ（ｒ）で記述されるように、ずらし量を決めても良い。Δが距離ｒの関数で記述される場合、固体撮像素子１０を具備したカメラで撮影した画像に表れるシェーディングが固体撮像素子１０の中心位置Ｏを基準とした円形状となるため、画像撮影後に計算によるシェーディングの補正が容易となるメリットがある。一方、ずらし量Δが距離ｒの関数で記述されない場合、例えば非対称で複雑な形のシェーディングが発生し、計算によるシェーディングの補正が難しくなる。
【００４０】
このようなマイクロレンズ群５は、光リソグラフィを利用することで作製できる。マイクロレンズに対応するパターンが形成されたフォトマスクを用いて基材上に塗布された感光性レジストを露光し、現像することで立体形状の矩形パターンを作製する。光透過率が段階的に変化するマスクを使用してレジストを露光、現像し、立体的なレジストパターンを得る。さらに、必要に応じ、レジストを基材とともにエッチングすることで、基材にマイクロレンズのパターンを転写する。
【００４１】
次に、このような構成の本実施形態の固体撮像素子１０の作用について説明する。固体撮像素子１０に入射した光Ｌは、第一の単位マイクロレンズ５ａまたは第二の単位マイクロレンズ５ｂにより集光され、カラーフィルタ４に入射する。カラーフィルタ４では、画素に応じて必要な波長の光が透過し、不要な波長の光は吸収される。透過した光は配線層２に入射する。カラーフィルタ４がない固体撮像素子１０の場合、入射した光はマイクロレンズ５で集光後、そのまま配線層２に入射する。
【００４２】
配線層２を透過した光の一部、もしくは全ての光は、光電変換領域１ａに集光される。光電変換領域１ａに光が照射されると、光強度に比例して電荷が発生し、発生した電荷は電子回路に転送されて信号が読み出される。
【００４３】
固体撮像素子１０の平面視中央部には凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズ５ａが、固体撮像素子１０の平面視周辺部にはフレネルレンズからなる第二の単位マイクロレンズ５ｂが、単位領域Ｓ内により多く配置される。それにより、固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部において傾斜した光が光電変換領域１ａに効率よく集光され、固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが小さい中央部に対する中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部の受光感度の低下を抑えることができる。
【００４４】
本実施形態における固体撮像素子１０は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等に代表される電子機器に適用することで、これらの電子機器の感度と画質の均一性を高めることができる。
【００４５】
本発明の固体撮像素子１０の実施例について説明する。
【実施例】
【００４６】
（実施例１および比較例１）
第一の単位マイクロレンズ５ａを球面の一部からなる凸レンズ、第二の単位マイクロレ
ンズ５ｂをフレネルレンズとした場合の受光感度のシミュレーションを、入射角を０°から３０°まで５°刻みで実施した。シミュレーションは、厳密結合波理論（ＲＣＷＡ法）により実施した。第一の単位マイクロレンズ５ａが固体撮像素子１０に一面に周期的に配列された場合と、第二の単位マイクロレンズ５ｂが固体撮像素子１０に一面に周期的に配列された場合で、それぞれ分けてシミュレーションを行った。シミュレーションでは、１画素への入射パワーを１［Ｗ］として、光電変換領域１ａへの入射光量［Ｗ］を受光感度として算出した。光電変換領域１ａは幅が画素ピッチと同一とした。シミュレーションモデルは、図６に示した。隣接画素との境界領域には、幅１．２μｍの材質がＡｌからなる配線層２を形成した。
【００４７】
＜計算条件＞
画素ピッチ：５μｍ
第一の単位マイクロレンズ５ａの高さ：２．５μｍ 
第二の単位マイクロレンズ５ｂの高さ：０．９２μｍ
マイクロレンズ群５の屈折率：１．６
カラーフィルタなし
配線層厚：６μｍ
入射波長：０．５５μｍ
第二の単位マイクロレンズ５ｂは、高さが０．９２μｍとなるような断面が鋸歯形状のレリーフ型回折レンズとした。第二の単位マイクロレンズ５ｂの高さはλ／（ｎ−１）より計算した。ここで、λは波長、ｎはマイクロレンズ群５の屈折率であり、レリーフ型回折レンズの回折効率が理論的に最適となる高さとした。
【００４８】
第一の単位マイクロレンズ５ａが球面の一部からなる凸レンズの場合の受光感度を表１（比較例１）に、第二の単位マイクロレンズ５ｂがフレネルレンズの場合の受光感度を表１（実施例１）に記載した。また、横軸に角度、縦軸に受光面への入射光強度をプロットしたグラフを図７に示した。その結果、入射角が１０°未満の場合は第一の単位マイクロレンズ５ａの受光感度が強くなるのに対し、入射角が１０°以上では第二の単位マイクロレンズ５ｂの受光感度が強くなることが確認された。
【００４９】
（実施例２および比較例２）
画素ピッチを１０μｍに変更し、以下に示す計算条件で同様にシミュレーションを行った。
【００５０】
＜計算条件＞
画素ピッチ：１０μｍ
第一の単位マイクロレンズ５ａの高さ：５μｍ 
第二の単位マイクロレンズ５ｂの高さ：０．９２μｍ
マイクロレンズ群５屈折率：１．６
配線層厚：６μｍ
入射波長：０．５５μｍ
第一の単位マイクロレンズ５ａが球面の一部からなる凸レンズの場合を表２（比較例２）に、第二の単位マイクロレンズ５ｂがフレネルレンズの場合を表２（実施例２）に記載した。また、横軸に角度、縦軸に受光面への入射光強度をプロットしたグラフを図８に示した。その結果、入射角が１０°未満の場合は第一の単位マイクロレンズ５ａの受光感度が強くなるのに対し、入射角が１０°以上では第二の単位マイクロレンズ５ｂの受光感度が強くなることが確認された。
【００５１】
以上の実施例より、主光線が垂直の場合においてマイクロレンズが凸レンズ、すなわち第一の単位マイクロレンズ５ａの場合に、受光感度の向上に効果があることを確認した。
また、主光線が傾いた場合にマイクロレンズをフレネルレンズ、すなわち第二の単位マイクロレンズ５ｂとすることで感度改善に効果があることを確認した。
【００５２】
換言すると、主に入射光が垂直に入射される固体撮像素子１０の平面視中央部、すなわち固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが小さい部分には、凸レンズからなるマイクロレンズ、すなわち第一の単位マイクロレンズ５ａを多く配置すればよい。また、主に入射光が傾いて入射される固体撮像素子１０の平面視周辺部、すなわち固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きい部分には、フレネルレンズからなるマイクロレンズすなわち第二の単位マイクロレンズ５ｂを、より多く配置すればよいと言える。さらに、固体撮像素子１０への入射光は、固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きくなるに従って、すなわち、中央部から周辺部に向かって段階的に傾斜して入射される。従って、入射角に合わせて固体撮像素子の中心位置から測った距離ｒが大きくなるに従って、すなわち、中央部から周辺部に向かうに従い、単位領域Ｓ内の凸レンズからなる第一の単位マイクロレンズ５ａの配置数を単調減少させる一方で、フレネルレンズからなる第二の単位マイクロレンズ５ｂを単調増加させればよいことが分かる。
【００５３】
以上により、固体撮像素子１０の中心位置から測った距離ｒが小さい中央部に対する中心位置から測った距離ｒが大きい周辺部の受光感度の低下を抑えることができる。
【００５４】
【表１】
2018082002.tif 000003
【００５５】
【表２】
2018082002.tif 000004
【符号の説明】
【００５６】
１・・・基板
１ａ・・・光電変換領域
２・・・配線層
３・・・配線
４・・・カラーフィルタ
５・・・マイクロレンズ群
５ａ・・・第一の単位マイクロレンズ
５ｂ・・・第二の単位マイクロレンズ
１０・・・固体撮像素子
Ｏ・・・中心位置
Ｅ・・・周辺
Ｓ・・・単位領域
【図１】
2018082002.tif 000005
【図２】
2018082002.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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