(57)【要約】【課題】反射回折光によるゴーストの発生を効果的に抑制可能な撮像素子等を実現する。【解決手段】撮像素子１０の第１画素１０１においては、アレイレンズ１６の一部である第１マイクロレンズ１６１が厚く、入射光Ｌの反射光路長が長い。これに対し、第２、第３画素１０２、１０３では、アレイレンズ１６の第２、第３マイクロレンズ１６２、１６３が第１画素領域１６１よりも薄いため、入射光Ｌの反射光路長が短い。このような反射光路長差を設けるように光路長の異なる画素を不規則に配置して、画素間で生じる回折光のコントラストを低下させ、反射回折ゴーストによる画像劣化を抑える。【選択図】図４（Ａ）
2011151345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い前記光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し、受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、
前記光学素子の厚さが第１の厚さである第１の画素と、前記光学素子の厚さが前記第１の厚さより薄い第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が、前記受光面の少なくとも一部に形成される
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換素子に相対する前記光学素子の面である近位面の反対側の遠位面と前記光電変換素子との間の距離が、前記第１の画素および前記第２の画素において等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い前記光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し、受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、
前記光電変換素子に相対する前記光学素子の面である近位面の反対側の遠位面と前記光電変換素子との間の距離が第１の距離である第１の画素と、前記遠位面と前記光電変換素子との間の距離が前記第１の距離より短い第２の距離である第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が、前記受光面の少なくとも一部に形成される
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
前記第１の画素の前記光学素子の厚さが第１の厚さであり、前記第２の画素の光学素子の厚さは前記第１の厚さより薄い第２の厚さであって、
前記光電変換素子と前記近位面との距離が、前記第１の画素および前記第２の画素において等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記不規則領域としての画素ユニットを有し、内部において前記第１、第２の画素が配置される位置が同じである複数の前記画素ユニットが前記受光面に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記画素ユニットにおける前記第１の画素の数が、前記画素ユニットの全画素数の２５％〜７５％であることを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記画素ユニットにおける前記第１の画素の数が、前記画素ユニットの全画素数の４０％〜６０％であることを特徴とする請求項６に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１の画素の数と前記第２の画素の数とが等しいことを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記画素ユニットにおける、Ｎ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内で、
前記第１の画素の数が、前記任意の区間内の画素数の２５％〜７５％であることを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００６３）（Ｍは前記撮像素子における水平画素数）
【請求項１０】
前記画素ユニットにおける、Ｎ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内で、
前記第１の画素の数が、前記任意の区間内の画素数の２５％〜７５％であることを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００５３）（Ｍは前記撮像素子における水平画素数）
【請求項１１】
前記画素ユニットにおける、Ｎ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内で、
前記第１の画素の数が、区間内の画素数の２５％〜７５％であることを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００２７）（Ｍは前記撮像素子における水平画素数）
【請求項１２】
前記画素ユニットは、Ｎ２画素×Ｎ２画素に配置された複数の画素により形成されることを特徴とする請求項５〜請求項１１のいずれか１項に記載の撮像素子。Ｎ２≧（Ｍ×０．０１１）（Ｍは前記撮像素子における水平画素数）
【請求項１３】
前記第１の距離と前記第２の距離との差が、０．５×（ｍ１＋１／２）×λである（ｍ１は任意の整数、λは前記光学素子に入射する光の波長）ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第１の距離と前記第２の距離との差が、０．５×（ｍ２＋１／４）λｍより大きく（ｍ２は任意の整数、λｍは前記光学素子に入射する光の波長帯域の中央値近傍）、０．５×（ｍ２＋３／４）λｍより小さい範囲であることを特徴とする請求項２〜および請求項４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記第１の距離と前記第２の距離との差が、２００ｎｍから３５０ｎｍであることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記第１の距離と前記第２の距離との差が、２５０ｎｍから３００ｎｍであることを特徴とする請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記第１および第２の厚さの差が、０．５×（ｍ３＋１／２）×λ÷ｎである（ｍ３は任意の整数、λは前記光学素子に入射する光の波長、ｎは前記光学素子の屈折率）ことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記第１および第２の厚さの差が、０．５×（ｍ４＋１／２）×λｍ÷ｎより大きく（ｍ４は任意の整数、λｍは前記光学素子に入射する光の波長帯域の中央値付近、ｎは前記光学素子の屈折率）、０．５×（ｍ４＋３／４）λｍ÷ｎより小さい範囲であることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項１９】
前記第１および第２の厚さの差が、０．５×（（ｍ５＋１／２）×λ）÷（ｎ−１）である（ｍ５は任意の整数、λは前記光学素子に入射する光の波長、ｎは前記光学素子の屈折率）ことを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項２０】
前記第１および第２の厚さの差が、０．５×（（ｍ６＋１／４）×λｍ）÷（ｎ−１）より大きく（ｍ６は任意の整数、λｍは前記光学素子に入射する光の波長帯域の中央値付近、ｎは前記光学素子の屈折率）、０．５×（（ｍ６＋３／４）×λｍ）÷（ｎ−１）より小さい範囲であることを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項２１】
前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が、２００ｎｍから３５０ｎｍであることを特徴とする請求項１、請求項２、および請求項４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項２２】
前記第１の厚さと前記第２の厚さとの差が、２５０ｎｍから３００ｎｍであることを特徴とする請求項２１に記載の撮像素子。
【請求項２３】
前記光学素子に入射する光の波長λは、０．５×λｍ以上（λｍは前記光学素子に入射する光の波長帯域の中央値）、１．５×λｍ以下であることを特徴とする請求項１３、請求項１７、および請求項１９のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項２４】
前記光学素子はマイクロレンズあることを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項２５】
前記画素毎に設けられるマイクロレンズを備え、前記光学素子は前記マイクロレンズを覆う光透過性部材であることを特徴とする請求項１〜請求項２４のいずれかに記載の撮像素子。
【請求項２６】
複数の前記マイクロレンズを含むアレイレンズが一体的に形成されていることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の撮像素子。
【請求項２７】
前記光透過性部材は平坦である平坦面と凹凸を有する凹凸面を有する板状であって、前記凹凸面における凹部および凸部のいずれか一方が前記画素毎に相対するように形成されることを特徴とする請求項２５に記載の撮像素子。
【請求項２８】
前記第１の画素毎に、前記光学素子として設けられる第１のアレイレンズと、
前記第２の画素毎に設けられる第２のアレイレンズとを備え、
前記第２の画素における前記光学素子は、前記第２のアレイレンズと離間または接触する光透過性部材である
ことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項２９】
前記画素毎に設けられる第１、第２のカラーフィルタを備え、
前記第１のカラーフィルタが設けられる第１、第２の画素における前記第１の距離と前記第２の距離との差が、０．５×（（ｍ７＋１／２）×λ１）÷（ｎ−１）であり（ｍ７は任意の整数、λ１は前記第１のカラーフィルタと透過する光の波長、ｎは前記光学素子の屈折率）、
前記第２のカラーフィルタが設けられる第１、第２の画素における前記第１の距離と前記第２の距離との差が、０．５×（（ｍ８＋１／２）×λ２）÷（ｎ−１）である（ｍ８は任意の整数、λ２は前記第２のカラーフィルタと透過する光の波長、ｎは前記光学素子の屈折率）
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の撮像素子。
【請求項３０】
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い前記光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し、受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、
前記光電変換素子に相対する前記光学素子の面である近位面と前記光電変換素子との間の距離が第１の距離である第１の画素と、前記近位面と前記光電変換素子との間の距離が前記第１の距離より短い第２の距離である第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が、前記受光面の少なくとも一部に形成される
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項３１】
請求項１２に記載の前記撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子等に関し、特に、ゴーストの発生を抑制可能な撮像素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から撮影光学系に入射した光の一部がレンズ面間で反射し、撮像面に達することで発生するゴーストと呼ばれるノイズが知られている。また、近年、入射した光を光電変換して記録する固体撮像素子（以下、単に撮像素子と言う）が用いられるようになっている。そして、撮像素子に入射した光の一部が反射して撮像光学系に再入射し、撮像光学系内のレンズ面等によってさらに反射されて再び撮像素子に入射することによっても、ゴーストが生じることが知られている。
【０００３】
このゴーストの発生を防止するために、撮像素子表面のアレイレンズの個々の寸法に対して極めて微細な凹凸形状をレンズ表面に与えることにより、反射を抑制することが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３２４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レンズの面間反射により生じる一般的なゴーストは、単体の円状、あるいは絞り羽根が作る多角形状の形態であり、ノイズではありながらも、映像表現の一部としてむしろ積極的に用いられることもある。
【０００６】
しかしながら、撮像素子表面の反射によって発生するゴーストについては、アレイレンズが、表面に入射した光に対して反射型回折格子に似た作用をする。そのため、アレイレンズによる反射光は周期的に明暗が繰り返される強度分布を有し、その反射光がレンズ面等で再反射し、再度撮像素子に入射することで、光点が一定間隔に整列した水玉模様状のゴーストが発生し得る。
【０００７】
この水玉模様のゴーストは、一般的な単体状のゴーストに比べて不自然で目立ちやすいため、例えば特許文献１の方法によって反射強度を小さくし、水玉模様の各粒は薄くできたとしてもなお、画像を劣化させてしまう。すなわち、従来のゴースト対策は、このような形態のゴーストに対する十分な解決手段とはなっていない。
【０００８】
本発明は、反射強度を抑えるという従来例とは異なり、反射回折光による水玉模様状のゴーストを、一般的なゴーストのような単体状に変化させ、画像の劣化を効果的に抑制し得る撮像素子等の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の撮像素子は、光電変換素子と光電変換素子を覆い光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、光学素子の厚さが第１の厚さである第１の画素と光学素子の厚さが第１の厚さより薄い第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が受光面の少なくとも一部に形成されることを特徴としている。
【００１０】
なお、光電変換素子に相対する光学素子の面である近位面の反対側の遠位面と光電変換素子との間の距離が、第１の画素および第２の画素において等しいことが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の撮像素子は、光電変換素子と光電変換素子を覆い光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、光電変換素子に相対する光学素子の面である近位面の反対側の遠位面と光電変換素子との間の距離が第１の距離である第１の画素と遠位面と光電変換素子との間の距離が第１の距離より短い第２の距離である第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が受光面の少なくとも一部に形成されることを特徴としている。
【００１２】
なお、第１の画素の前記光学素子の厚さが第１の厚さであり第２の画素の光学素子の厚さは第１の厚さより薄い第２の厚さであって、光電変換素子と近位面との距離が第１の画素および前記第２の画素において等しいことが好ましい。
【００１３】
また、不規則領域としての画素ユニットを有し、内部において第１、第２の画素が配置される位置が同じである複数の画素ユニットが受光面に配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、画素ユニットにおける第１の画素の数が、画素ユニットの全画素数の２５％〜７５％であることが好ましい。
【００１５】
また、画素ユニットにおける第１の画素の数が、画素ユニットの全画素数の４０％〜６０％であることが好ましい。
【００１６】
また、第１の画素の数と第２の画素の数とが等しいことが好ましい。
【００１７】
また、画素ユニットにおけるＮ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内（Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００６３）、（Ｍは撮像素子における水平画素数））で、第１の画素の数が任意の区間内の画素数の２５％〜７５％であることが好ましい。
【００１８】
また、画素ユニットにおけるＮ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内（Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００５３）、（Ｍは撮像素子における水平画素数））で、第１の画素の数が任意の区間内の画素数の２５％〜７５％であることが好ましい。
【００１９】
また、画素ユニットにおけるＮ１画素×Ｎ１画素の任意の区間内（Ｎ１＝ＩＮＴ（Ｍ×０．００２７）、（Ｍは撮像素子における水平画素数））で、第１の画素の数が区間内の画素数の２５％〜７５％であることが好ましい。
【００２０】
また、画素ユニットはＮ２画素×Ｎ２画素に配置された複数の画素により形成されることが好ましい（Ｎ２≧（Ｍ×０．０１１）、（Ｍは撮像素子における水平画素数））。
【００２１】
また、第１の距離と第２の距離との差が、０．５×（ｍ１＋１／２）×λである（ｍ１は任意の整数、λは光学素子に入射する光の波長）ことが好ましい。
【００２２】
また、第１の距離と第２の距離との差が、０．５×（ｍ２＋１／４）λｍより大きく（ｍ２は任意の整数、λｍは光学素子に入射する光の波長帯域の中央値近傍）、０．５×（ｍ２＋３／４）λｍより小さい範囲であることが好ましい。
【００２３】
また、第１の距離と第２の距離との差が、２００ｎｍから３５０ｎｍであることが好ましい。
【００２４】
また、第１の距離と第２の距離との差が、２５０ｎｍから３００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
また、第１および第２の厚さの差が、０．５×（ｍ３＋１／２）×λ÷ｎである（ｍ３は任意の整数、λは光学素子に入射する光の波長、ｎは光学素子の屈折率）ことが好ましい。
【００２６】
また、第１および第２の厚さの差が、０．５×（ｍ４＋１／２）×λｍ÷ｎより大きく（ｍ４は任意の整数、λｍは光学素子に入射する光の波長帯域の中央値付近、ｎは光学素子の屈折率）、０．５×（ｍ４＋３／４）λｍ÷ｎより小さい範囲であることが好ましい。
【００２７】
また、第１および第２の厚さの差が、０．５×（（ｍ５＋１／２）×λ）÷（ｎ−１）である（ｍ５は任意の整数、λは光学素子に入射する光の波長、ｎは光学素子の屈折率）ことが好ましい。
【００２８】
また、第１および第２の厚さの差が、０．５×（（ｍ６＋１／４）×λｍ）÷（ｎ−１）より大きく（ｍ６は任意の整数、λｍは光学素子に入射する光の波長帯域の中央値付近、ｎは光学素子の屈折率）、０．５×（（ｍ６＋３／４）×λｍ）÷（ｎ−１）より小さい範囲であることが好ましい。
【００２９】
また、第１の厚さと第２の厚さとの差が、２００ｎｍから３５０ｎｍであることが好ましい。
【００３０】
また、第１の厚さと第２の厚さとの差が、２５０ｎｍから３００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
また、光学素子に入射する光の波長λは、０．５×λｍ以上（λｍは光学素子に入射する光の波長帯域の中央値）、１．５×λｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
また、光学素子はマイクロレンズあることが好ましい。
【００３３】
また、画素毎に設けられるマイクロレンズを備え、光学素子はマイクロレンズを覆う光透過性部材であることが好ましい。
【００３４】
また、複数のマイクロレンズを含むアレイレンズが一体的に形成されていることが好ましい。
【００３５】
また、光透過性部材は平坦である平坦面と凹凸を有する凹凸面を有する板状であって、前記凹凸面における凹部および凸部のいずれか一方が前記画素毎に相対するように形成されることが好ましい。
【００３６】
また、第１の画素毎に光学素子として設けられる第１のアレイレンズと、第２の画素毎に設けられる第２のアレイレンズとを備え、第２の画素における光学素子は第２のアレイレンズと離間または接触する光透過性部材であることが好ましい。
【００３７】
また、画素毎に設けられる第１、第２のカラーフィルタを備え、第１のカラーフィルタが設けられる第１、第２の画素における第１の距離と第２の距離との差が０．５×（（ｍ７＋１／２）×λ１）÷（ｎ−１）であり（ｍ７は任意の整数、λ１は第１のカラーフィルタと透過する光の波長、ｎは光学素子の屈折率）、第２のカラーフィルタが設けられる第１、第２の画素における第１の距離と第２の距離との差が０．５×（（ｍ８＋１／２）×λ２）÷（ｎ−１）である（ｍ８は任意の整数、λ２は第２のカラーフィルタと透過する光の波長、ｎは光学素子の屈折率）ことが好ましい。
【００３８】
本発明の第３の撮像素子は、光電変換素子と光電変換素子を覆い光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、光電変換素子に相対する光学素子の面である近位面と光電変換素子との間の距離が第１の距離である第１の画素と近位面と光電変換素子との間の距離が第１の距離より短い第２の距離である第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が受光面の少なくとも一部に形成されることを特徴としている。
【００３９】
本発明の撮像装置は、光電変換素子と光電変換素子を覆い光電変換素子に向かう光を透過する光学素子とを有し受光面上に２次元状に配置される複数の画素を備え、光学素子の厚さが第１の厚さである第１の画素と光学素子の厚さが第１の厚さより薄い第２の画素とが不規則に配置された不規則領域が受光面の少なくとも一部に形成され、不規則領域としての画素ユニットを有し内部において第１、第２の画素が配置される位置が同じである複数の画素ユニットが受光面に配置され、画素ユニットはＮ２画素×Ｎ２画素に配置された複数の画素により形成されることを特徴としている（Ｎ２≧（Ｍ×０．０１１）、（Ｍは撮像素子における水平画素数））。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、反射回折光による水玉模様状のゴーストを、一般的なゴーストのような単体状に変化させ、画像の劣化を効果的に抑制し得る撮像素子等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一般的なゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【図２】反射回折光によるゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【図３】第１の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図４（Ａ）】第１の実施形態の撮像素子により、回折角の角度が変化する状態を概略的に示す断面図である。
【図４（Ｂ）】入射光がアレイレンズの表面で反射する状態を示す図である。
【図４（Ｃ）】入射光がアレイレンズの内面で反射する状態を示す図である。
【図５】第１の実施形態における光路長を示す撮像素子の概略的な断面図である。
【図６】通常の撮像素子により生じる回折光と、本実施形態の撮像素子により拡散された回折光とを示す図である。
【図７】撮像素子の一部を概略的に示す平面図である。
【図８】撮像素子により生じる回折光を概略的に示す平面図である。
【図９】複数の画素が配列された状態を概略的に示す図である。
【図１０】撮像素子により形成される太陽の像と画素ユニットを示す図である。
【図１１】第２の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図１２】第３の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図１３】第４の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図１４】第５の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図１５】第５の実施形態における変形例の撮像素子を示す断面図である。
【図１６】入射光が配線において反射する状態を示す図である。
【図１７】位相差を生じさせる表面反射光路長差が設けられるアレイレンズの変形例を有する撮像素子の断面図である。
【図１８（Ａ）】第１の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図１８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第１の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図１９】第１の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図２０（Ａ）】第２の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図２０（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第２の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図２１】第２の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図２２（Ａ）】第３の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図２２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第３の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図２３】第３の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図２４（Ａ）】第４の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図２４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第４の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図２５】第４の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図２６（Ａ）】第５の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図２６（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第５の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図２７】第５の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図２８（Ａ）】第６の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図２８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第６の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図２９】第６の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図３０（Ａ）】第７の実施例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図３０（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】第７の実施例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図３１】第７の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【図３２（Ａ）】比較例における画素ユニットにおける反射光路長付加画素の配置を示す図である。
【図３２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】比較例における画素の配置に対して、画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。
【図３３】比較例における回折光のコントラストを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、一般的なゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。図２は、反射回折光によるゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【００４３】
太陽Ｓから撮影装置（図示せず）の光学系に入射する入射光Ｌにより、被写体像にゴーストが生じることが知られている。例えば、図１に示されるように、撮影レンズ３０の内部で反射された入射光Ｌが撮像素子４０に入射することにより、ゴーストが生じ得る。このゴーストは、主に単体の円状、あるいは多角形状である。
【００４４】
これに対し、入射光Ｌが撮像素子４０によって反射される場合、図２に示されるように異なる角度に向かって進む複数の回折光ＤＬが生じる。この回折光ＤＬが、さらに撮影レンズ３２によって反射されて再度、撮像素子４０に入射すると、発生するゴーストは複数の明点が整列された水玉模様となる。
【００４５】
このように、水玉模様を生じさせるため、反射回折ゴーストは、被写体像の評価を大きく低下させる傾向にある。そこで本実施形態では、以下のように、撮像素子の構造を改良することにより、水玉模様から、通常のゴーストのような単体状となるようにゴーストの形態を変化させ、画質に及ぼす悪影響を小さくしている。
【００４６】
図３に示すように、第１の実施形態の撮像素子１０は、光電変換素子１２、カラーフィルタ１４、およびアレイレンズ１６（レンズ）を含む。撮像素子１０に対する入射光Ｌは、撮像素子１０の表面を覆うアレイレンズ１６に最初に入射する。
【００４７】
入射光Ｌの一部は、アレイレンズ１６の頂点を含む表面１６Ａ（遠位面）を透過し、一部が反射（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）する。また、表面１６Ａを通過した光の一部はアレイレンズ１６の内面１６Ｂを透過し、一部が反射する（図４（Ｃ）参照）。
【００４８】
本実施形態において、光電変換素子１２の一領域、カラーフィルタ１４の一領域、およびアレイレンズ１６の一領域は、互いに対応して一つの画素を構成する。
【００４９】
撮像素子１０においては、厚さが異なるマイクロレンズが不規則に配置されるように一体的にアレイレンズ１６を形成している。なお、厚さとはマイクロレンズの頂点、例えば表面１６Ａにおける頂点１６１Ｅから内面１６Ｂまでの長さのことである。
【００５０】
例えば、第１画素１０１における第１マイクロレンズ１６１は、第２、第３の画素１０２、１０３における第２、第３マイクロレンズ１６２、１６３より厚くなるように形成される。また、第２、第３マイクロレンズ１６２、１６３の厚さは互いに等しくなるように形成される。
【００５１】
したがって、第１マイクロレンズ１６１の頂点１６１Ｅから光電変換素子１２までの距離Ｄ１（第１の距離）より、第２、第３マイクロレンズ１６２、１６３の頂点（入射端）１６２Ｅ、１６３Ｅから光電変換素子１２までの距離Ｄ２、Ｄ３（第２の距離）が短い。
【００５２】
次に、表面光路長および内面光路長について説明する。表面光路長および内面光路長の説明のために、光電変換素子１２の受光面に平行でアレイレンズ１６よりも光電変換素子１２から離れた平面が仮想平面Ｐに定められる（図５参照）。
【００５３】
表面光路長は、アレイレンズ１６の表面１６Ａおよび仮想平面Ｐとの間の区間における、物質および空間の距離×屈折率の積分値である。また、内面光路長は、アレイレンズ１６の内面１６Ｂと、上記仮想平面Ｐとの間の区間における、物質および空間の距離×屈折率の積分値である。なお、表面光路長および内面光路長の計算における物質および空間の距離は、マイクロレンズの頂点を通り光電変換素子の受光面に垂直な直線における距離とする。
【００５４】
例えば、図５においては、第１画素１０１の表面光路長は（ｄ０×ｎ０）であって、第２画素１０２の表面光路長は（ｄ’０×ｎ０）である。仮想平面Ｐから表面１６Ａにおいて反射され仮想平面Ｐに到達する光の光路長である表面反射光路長は、表面光路長のそれぞれ２倍（往復の光路長）である。
【００５５】
したがって、第１画素１０１と第２画素１０２における表面反射光路長の差である表面反射光路長差は、｛（ｄ’０×ｎ０）−（ｄ０×ｎ０）｝×２と計算される。このことから明らかであるように、表面反射光路長差は、往復の表面光路長の差である。
【００５６】
このように、第１の実施形態では、光電変換素子１２からのアレイレンズ１６を構成するマイクロレンズの表面１６Ａまでの距離が画素によって異なることにより、画素間に、（マイクロレンズの表面までの距離の差）×（空気の屈折率）×２だけの表面反射光路長差が生じる。
【００５７】
また、図５において、第１画素１０１の内面光路長は、（ｄ０×ｎ０）＋（ｄ１×ｎ１）であって、第２画素１０２の内面光路長は、（ｄ’０×ｎ０）＋（ｄ’１×ｎ１）である。仮想平面Ｐから内面１６Ｂにおいて反射され仮想平面Ｐまで到達する光の光路長である内面反射光路長は、内面光路長のそれぞれ２倍である。
【００５８】
したがって、第１画素１０１と第２画素１０２における内面反射光路長の差である内面反射光路長差は、｛（ｄ’０×ｎ０）＋（ｄ’１×ｎ１）−（ｄ０×ｎ０）−（ｄ１×ｎ１）｝×２と計算される。なお、（ｄ’０＋ｄ’１）＝（ｄ０＋ｄ１）であるため、内面反射光路長差は（ｄ１−ｄ’１）×（ｎ１−ｎ０）×２と計算される。すなわち、内面光路長差は、（マイクロレンズの厚さの差）×（アレイレンズ１６の屈折率−空気の屈折率）×２である。なお上記および以下の演算式では、空気の屈折率を１とする。
【００５９】
画素間の反射光路長差を設けた撮像素子１０においては、入射光Ｌのアレイレンズの表面１６Ａ（または内面１６Ｂ）における反射により生じる回折光ＤＬの進行方向は、画素間で異なる。
【００６０】
例えば、図４（Ａ）に示すように、第２画素１０２と第３画素１０３との間の表面反射光路長差はｍλ（ｍは整数（上述の例では０）、λはアレイレンズへの入射光の波長）であり、位相が同じである。位相の同じ第２画素１０２と第３画素１０３との間に生じる第１回折光ＤＬ１は、破線で示されたように進む。
【００６１】
これに対し、後述するように、第１画素１０１と第２画素１０２との間の表面反射光路長差が（ｍ＋１／２）λとなるようにアレイレンズ１６は形成され、位相差が生じる。位相の異なる第１画素１０１と第２画素１０２との間に生じる第２回折光ＤＬ２は、太い実線で示された方向に向かって進む。
【００６２】
第２回折光ＤＬ２の進む方向は、第１回折光ＤＬ１の各次数光の中間方向である。なお、位相差がない時の整数次回折光の中間に、第２回折光ＤＬ２が進むことから、ここではこれを０．５次回折光と表現することにする。同様に、０．５次と整数次回折光の中間に進む回折光を、０．２５次回折光と表現する。
【００６３】
このように、表面反射光路長差を画素間に設けて回折光ＤＬの方向を変化させることにより、回折光の進行方向にバリエーションを増やすことが出来る。例えば０．５次回折光を含んだ場合は、０次回折光と１次回折光との間の方向に０．５次光回折光が進行する。
【００６４】
また、表面反射光路長と同様に、内面反射光路長差を画素間に設けて回折光ＤＬの方向を変化させることにより、回折光の進行方向にバリエーションを増やすことも可能である。
【００６５】
回折光の進行方向を増やすことにより反射回折ゴーストのコントラストを抑えることができる。回折光の進行方向を増やすことによりゴーストのコントラストが抑えられることを、図６を用いて以下に説明する。図６は、通常の撮像素子により生じる回折光と、本実施形態の撮像素子１０により変化された回折光とを示す図である。
【００６６】
いずれの画素間にも表面反射光路長差が設けられていない撮像素子４０（図２参照）において、アレイレンズ表面、光電変換素子、あるいは撮像素子内の配線等（図示せず）により生じる、進行方向がいずれも等しい回折光ＤＬにおいては、図６（Ａ）に示されたようにコントラストが高くなる。このため、複数の水玉模様が強調された反射回折ゴーストが生じ易い。
【００６７】
これに対し、一部の回折光ＤＬの進行方向を変化させ、異なる方向に進む回折光ＤＬを混在させた本実施形態においては、図６（Ｂ）、さらには図６（Ｃ）に示されるように、回折光ＤＬのコントラストが低下する。
【００６８】
したがって、反射回折ゴーストが生じた場合においても、一定の範囲内に現れる水玉模様の数が増すことで水玉の一つ一つが目立ちにくくなり、また、反射回折ゴーストによる画像劣化を防止できる。このように本実施形態では、反射回折ゴーストが被写体像に与える影響を最小限に抑えたり、反射回折ゴーストの発生を実質的に防止することができる。
【００６９】
次に、上述のような位相差を生じさせるアレイレンズ１６の構成について図７〜図９を用いて説明する。図７は、撮像素子１０の一部を概略的に示す平面図である。図８は、撮像素子１０により生じる回折光を概略的に示す平面図である。
【００７０】
本実施形態の撮像素子１０における画素の配置パターンは、ベイヤー配列である。すなわち、全ての画素が、互いに垂直な縦、横方向に沿って二次元配列されており、カラーフィルタ１４（図３、４参照）の緑色領域が含まれる画素（緑色を含む所定範囲の波長のみを選択的に透過させるカラーフィルタが配置された画素、以下、Ｇ画素という）が縦方向、および横方向のいずれについても１画素おきに配置されている。そして２つのＧ画素間で、カラーフィルタ１４の赤色領域が含まれる画素（赤色を含む所定範囲の波長のみを選択的に透過させるカラーフィルタが配置された画素、以下、Ｒ画素という）と、カラーフィルタ１４の青色領域が含まれる画素（青色を含む所定範囲の波長のみを選択的に透過させるカラーフィルタが配置された画素、以下、Ｂ画素という）とのいずれかが、同数ずつ均等に配置されている。
【００７１】
最も近くに配置された画素同士の中心点間の距離、すなわち画素間距離は、例えば約７μｍである。また、回折光ＤＬ（図４（Ａ）参照）の回折角は、反射波長／画素間距離（画素ピッチ）で算出される。なお、回折角とは、例えば、０次回折光と１次回折光の進行角度差または１次回折光と２次回折光の進行角度差、のように低次回折光における隣の次数の回折光との角度差である。
【００７２】
実際のアレイレンズ１６の表面１６Ａまたは内面１６Ｂにおいて反射する光の反射波長は広範囲に連続な波長であるが、ゴーストについては、各画素における代表波長での回折角のみを考慮すればよい。
【００７３】
アレイレンズ１６の表面１６Ａまたは内面１６Ｂで反射し、さらに撮影レンズ３２（図２参照）で反射して撮像素子１０側に戻って来る光束は、カラーフィルタ１４を透過していないために白色光束である。しかし、そのゴースト光はカラーフィルタ１４を透過して光電変換素子１２に入射するので、最終的にはカラーフィルタ１４を透過する波長帯域の代表波長を考慮すればよい。
【００７４】
例えば、カラーフィルタ１４の赤色領域を透過する波長域の代表波長（Ｒ画素における代表波長）は６３０ｎｍである。また、カラーフィルタ１４の緑色領域を透過する波長域の代表波長（Ｇ画素における代表波長）は５３０ｎｍである。また、カラーフィルタ１４の青色領域を透過する波長域の代表波長（Ｂ画素における代表波長）は４２０ｎｍである。
【００７５】
本実施形態における画素間距離は、図７に示すように、約７μｍである。従って、アレイレンズ１６の表面１６Ａでの反射光の回折を考えた場合、Ｒ画素の中心波長の光の回折角は、６４０ｎｍ／７μｍ＝９１ｒａｄである（図８（Ａ）参照）。また、Ｇ画素の中心波長の光の回折角が、５３０ｎｍ／７μｍ＝７６ｒａｄ（図８（Ｂ）参照）である。また、Ｂ画素の中心波長の光の回折角が、４２０ｎｍ／７μｍ＝６０ｒａｄで最も小さい（図８（Ｃ）参照）。
【００７６】
このように、波長ごとに生じる回折光ＤＬの回折角が異なる。コントラストの低減化効果を大きくするためには、（ｍ＋０．５）次回折光（ｍは任意の整数）が画素間に生じることが好ましい。（ｍ＋０．５）次回折光を生じるためには、光電変換素子１２に到達する帯域の光の波長毎に表面反射光路長差または内面反射光路長差を変えることが好ましい。すなわち、波長の異なるＲ、Ｇ、Ｂ毎に別々に、表面反射光路長差または内面反射光路長差を設けることが好ましい。
【００７７】
しかし、（ｍ＋０．５）次回折光でなくても、十分なゴーストの分散効果が発揮される。したがって、実質的には、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の中心波長６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４２０ｎｍの値の中心値である５３０ｎｍの光に応じた表面反射光路長差または内面反射光路長差を設ければよい。５３０ｎｍの波長に応じた表面反射光路長差または内面反射光路長差を設けても、Ｒ画素およびＢ画素においても十分にゴーストが分散される。
【００７８】
そこで本実施形態では、表面反射光路長差または内面反射光路長差が（ｍ＋１／２）λ（ｍは任意の整数、λはＧ画素の中心波長である５３０ｎｍ）となるようにアレイレンズ１６が形成される。
【００７９】
次に、厚さの異なるマイクロレンズの配置について説明する。図９は、複数の画素が配列された状態を概略的に示す図である。
【００８０】
ここで、コントラストの低減効果と、位相差を生じさせる表面反射光路長差のある画素の配置について説明する。なお、表面反射光路長差のある画素の配置について説明するが、内面反射光路長差のある画素の配置も同様である。
【００８１】
図９（Ａ）のように、すべての画素、すなわち第１〜第7画素１０１〜１０７における表面光路長が同じである場合、２画素間の表面反射光路長差に位相差は生じない。したがって、第１画素１０１と第２画素１０２、第２画素１０２と第３画素１０３、・・・のように、隣接するいずれの２画素同士からも同じ方向に向かう回折光（実線参照）が生じている。これらは、同じ方向に進み同じ箇所に明点を作るために、コントラストの高い回折パターンが発生する。
【００８２】
これに対して、図９（Ｂ）のように、表面光路長が異なる画素を混在させ、隣接画素同士の表面光路長が等しい箇所と異なる箇所を等しく設ける場合、表面光路長が等しい第１画素１０１と第２画素１０２との間から生じる回折光の方向と、表面光路長が異なる第２画素１０２と第３画素１０３との間から生じる回折光の方向は、異なっている。このように、一方の回折光が、他方の回折光の届かない暗い領域に到達するため、回折光のコントラストは、この状態において最小化される。
【００８３】
しかし、図９（Ｃ）あるいは図９（Ｄ）のように、表面光路長が長い画素が少なすぎたり多すぎたりした場合、実線で示された回折光の暗部を埋めるべき、破線の回折光が少ないため、コントラスト抑制効果が十分に得られない。
【００８４】
以上のことから明らかであるように、一部の画素間でのみ表面反射光路長差を設けて回折光の進行方向を変化させることが必要であり、表面反射光路長差は全画素中の半数の画素間で設けることが特に望ましいといえる。
【００８５】
たとえば、整数次回折光と０．５次回折光が、等量混在することで、見かけ上の回折角が丁度半分になったように見えるのである。この点をふまえた上で、本実施形態における表面光路長のより短い画素（以下、“通常画素”と呼ぶ）および表面光路長のより長い画素（以下、“反射光路長付加画素”と呼ぶ）の配置につき、以下に説明する。
【００８６】
なお、通常画素がＰ、反射光路長付加画素が（１−Ｐ）の割合で混在する時、表面光路長が異なる画素同士が隣接する確率Ｑは、Ｑ＝２Ｐ（１−Ｐ）であり、Ｐ＝０．５のときＱが０．５となる。つまり、反射光路長付加画素と通常画素がほぼ同数混在するのが特に理想的であると言える。
【００８７】
本実施形態の撮像素子１０においては、複数の反射光路長付加画素が不規則に配置された不規則領域が設けられている。不規則領域においては、反射光路長付加画素（第１の画素）と、通常画素（第２の画素）とが不規則に配置されている。すなわち、不規則領域内に、反射光路長付加画素および通常画素が分散されている。本実施形態では、このような不規則領域としての画素ユニットが、多数、互いに隣接するように配置されている。
【００８８】
そして画素ユニットの大きさは、後に説明するように第１の領域の４倍となるように定められる。なお、第１の領域とは受光面上における所定の大きさを有する任意の区間である。
【００８９】
第１の領域には、反射光路長付加画素が全体の２５〜７５％の割合で含まれるように配置される。このように反射光路長付加画素を配置することにより、第１の領域全体に実質的に同じ光が入射する場合に、その入射する光の反射回折ゴースト（段落［００２８］、［００２９］等参照）の影響を十分に低減化することが出来る。したがって、反射回折ゴーストを生じさせる光学像が第１の領域より大きい場合には、反射回折ゴーストの影響を低減化することが可能である。
【００９０】
通常、反射回折ゴーストの影響は、太陽の像が入射するときに強く生じる。それゆえ、太陽の像が入射する領域における回折光のコントラストを低下させることが好ましい。それゆえ、太陽の像が形成される任意の画素領域において、常に、反射光路長付加画素と通常画素とが混在していることが好ましい。
【００９１】
前述のように、受光面上に形成され得る太陽の光学像の最小の大きさを、第１の領域の大きさに定めることにより、それ以上の大きさの太陽の光学像が受光面に入射しても反射回折ゴーストの影響を低減化可能である。
【００９２】
受光面上に形成される太陽の光学像の大きさは、撮像素子１０に光学像を入射させる撮影レンズの焦点距離に応じて変わる。使用が想定される最大の焦点距離の撮影レンズを用いるときに、受光面上に形成される太陽の光学像の大きさは最小となる。それゆえ、最大の焦点距離の撮影レンズを用いたときに受光面上に形成される太陽の光学像の大きさが第１の領域の大きさに定められる。
【００９３】
具体的には、デジタルカメラにおいて選択的に使用される複数の撮影レンズのうち、水平画角の大きいもの、が使用された場合、太陽の像が小さくなる。例えば、一般的に用いられる超広角レンズは、水平画角が１００度程度である。
【００９４】
太陽の視直径は約０．５３度であることから、撮像素子１０の水平画素数をＭとすると、撮像素子１０上に形成される太陽の像の直径は、Ｍ×０．５３（度）／１００（度）＝（Ｍ×０．００５３）で算出される画素数分の長さに相当する。
【００９５】
例えば、水平画素数Ｍ＝３８００である場合、図１０に示されるように、太陽の像ＳＢの直径は約２０画素分の長さに相当する。よってこの場合、この図１０において例示されたように、２０画素を縦横２辺に並べた矩形状、あるいは正方形の任意の区間である第１の領域１５’（図中太線で表示）において、反射光路長付加画素の数が、領域中の画素数の２５〜７５％となるように配置される。なお、この区間においては、４００個以上の画素、すなわち（Ｍ×０．００５３）＾２個以上の画素が含まれる。
【００９６】
このように、画素ユニット１５の中でどの区間を第１の領域１５’として選んでも、選択された第１の領域１５’の中の反射光路長付加画素の数が全体の２５〜７５％となるように、画素ユニット１５内に反射光路長付加画素と通常画素とが配置される。前述のように、画素ユニット１５を、互いに接するように連続的に配置させることにより、不規則領域が形成される。
【００９７】
画素ユニット１５が小さ過ぎる場合、画素ユニット１５の連続配置の周期性による回折パターンが生じる恐れがある。それゆえ、上述の第１の領域１５’の列または行に含まれる２０画素の２倍程度の画素、すなわち（Ｍ×０．０１１）の演算式により算出される４０画素、もしくはそれ以上の画素を縦横２辺に並べた矩形状の画素ユニット１５を形成することが好ましい。この場合、画素ユニット１５には、第１の領域の４倍の大きさで、１６００個（概ね（Ｍ×０．０１１）＾２個）以上の画素が含まれている。
【００９８】
一方、比較的小さい画素ユニット１５を連続配置する場合においても、以下の効果が認められる。すなわち、太陽の像ＳＢが、図１０において例示されたよりも小さかった場合においても、太陽の像ＳＢを形成する画素中に表面光路長の異なる画素を確実に混在させることができる。従って、小さい画素ユニット１５を用いると、生成された太陽の像ＳＢが大幅に小さかった場合にも、反射回折ゴーストのコントラスト抑制効果を確実に発揮し得る。なお、画素ユニット１５においては、縦横の画素数（垂直画素数と水平画素数）が異なっていても良い。
【００９９】
なお、画素ユニット１５は、撮像素子１０の全域に渡って設けられていることが好ましいが、例えば撮像素子１０の周辺部などで部分的に形成されず、周辺部では表面光路長の等しい画素のみが配置されても良い。
【０１００】
また、画素ユニット１５を繰り返して配置せずに、不規則領域を撮像素子１０の全域に渡って設けても良い。この場合、全ての画素が完全に不規則に配置されることとなり、画素ユニット１５の周期的な配置に起因した回折パターンの発生が確実に防止される。
【０１０１】
さらに、撮像素子１０の一部、例えば中心部における多数の画素を不規則に配置して単一の不規則領域とし、撮像素子１０の周辺部などでは、光路長の等しい画素のみが配置されても良い。なお本段落で例示された撮像素子１０においては、単一の画素ユニット１５のみが設けられているともいえる。また、画素ユニット１５および不規則領域においては、３種類以上の表面光路長の画素を混在させても良い。
【０１０２】
また、太陽の像ＳＢの周囲における錯乱円を考慮して、第１の領域１５’をより大きくしても良い。一般的なデジタルカメラの錯乱円は、撮像素子１０の水平サイズの概ね１／１０００程度である。それゆえ、上述のように水平画素数Ｍ＝３８００の撮像素子１０においては、約４個の画素分だけ第１の領域１５’を拡張すればよい。
【０１０３】
すなわちこの場合、上述の演算式（Ｍ×０．５３（度）／１００（度）＝Ｍ×０．００５３）の代わりに、１／１０００だけ係数を補正して（Ｍ×０．００６３）の演算式で算出される約２４画素分の長さに対応した第１の領域１５’が設定される。このように設定された第１の領域１５’内の反射光路長付加画素の数を、全画素数の２５％〜７５％となるように、反射光路長付加画素と通常画素とが配置される。
【０１０４】
このように、太陽の像ＳＢと錯乱円を含むスポット径に対応する２４画素を縦横２辺に並べた矩形状、あるいはそれ以上の画素が２辺に並んだ第１の領域１５’においては、５７６個（（Ｍ×０．００６３）２個）以上の画素が含まれている。
【０１０５】
なお、太陽の像ＳＢと錯乱円を含むスポット径に対応する２４画素を縦横２辺に並べた領域を第１の領域１５’とする場合には、２４画素の２倍程度の画素、すなわち（Ｍ×０．０１２）の演算式により算出される４８画素を縦横２辺に並べた矩形上の画素ユニット１５を形成することが好ましい。
【０１０６】
さらには、上述の２０画素、あるいは２４画素の半分程度の画素、すなわち、（Ｍ×０．００２７）、あるいは（Ｍ×０．００３２）の演算式により算出される１０画素、１２画素程度を、縦横２辺に並べた矩形状の第１の領域１５’を形成しても良い。この場合、第１の領域１５’においては、１００個（概ね（Ｍ×０．００２７）＾２個）の画素、あるいは１４０個（概ね（Ｍ×０．００３２）＾２個）程度の画素が含まれることとなる。
【０１０７】
なお、画素ユニット１５内で任意に第１の領域１５’として選択される区間内で反射光路付加画素の数が選択された第１の領域１５’の全画素の２５〜７５％となるように、トライアルアンドエラー法により、画素ユニット１５における反射光路付加画素および通常画素の画素配置が定められる。
【０１０８】
以上のように第１の実施形態によれば、表面光路長差を設けた画素を不規則に配置することにより回折光のコントラストを低減させることが可能である。したがって、レンズの表面の微細な凹凸等によっては防止が困難な反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。そして、トライアルアンドエラーの手法を採用して、任意の不規則な画素配置が上述の条件、すなわち第１の領域における反射光路長付加画素の割合が所定の範囲に入るように定めることにより、比較的簡易な演算で速やかに目的とするコントラスト低減効果を有する画素配置を決定できる。
【０１０９】
さらに、厚さが不均一のアレイレンズ１６（図３等参照）の調製は表面に微細な凹凸を設けるといった複雑な加工よりも簡易であるため、撮像素子１０は比較的容易に製造できる。
【０１１０】
次に、第２の実施形態につき説明する。図１１は、第２の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。
【０１１１】
第２の実施形態では、画素間における表面反射光路長差の設け方が、第１の実施形態（図３等参照）と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。
【０１１２】
第２の実施形態では、アレイレンズ１６が、全ての画素において一定の厚さを有し、表面１６Ａおよび内面１６Ｂに高低差が設けられていない。このようなアレイレンズ１６の表面１６Ａ上に、表面光路長を画素毎に変える光学素子が設けられる。
【０１１３】
例えば、図１１（Ａ）に示すように、アレイレンズ１６の上に透過性の膜部材１８が設けられる。膜部材１８は画素毎、すなわち第１〜第３の領域１８１〜１８３において厚さが異なるように形成される。また、膜部材１８は表面１６Ａに接するように形成される。このような膜部材１８を付加することにより、表面反射光路長差が設けられる。この第２の実施形態においては、入射光Ｌの入射端は、膜部材１８の表面に位置する。
【０１１４】
また、図１１（Ｂ）に示すように、膜部材１８を付加する画素と付加しない画素を混在させることで表面反射光路長差を設けてもよい。なお、膜部材１８に限らず、樹脂やガラスにより形成された、画素ごとに厚さの異なる板状部材２０を用いてもよい（図１１（Ｃ）参照）。第２の実施形態においては、既に使用されている、あるいは製造された従来の撮像素子においても、上述の光路長差付加素子を適用することにより反射回折ゴーストが抑制可能となる利点がある。
【０１１５】
以上のように第２の実施形態によれば、上述のように表面反射光路長差（位相差）を設けた画素を不規則に配置することにより回折光のコントラストが低減される。それゆえ、光電変換素子表面薄膜や微細な凹凸等によっては防止が困難な反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１１６】
次に、第３の実施形態につき説明する。第３の実施形態では、アレイレンズの構成が第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。図１２は、第３の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。
【０１１７】
第３の実施形態では、第１の実施形態におけるアレイレンズ１６の表面１６Ａを光電変換素子１２側に配置している。すなわち、アレイレンズ１６の表面と内面とが入替えられる。したがって、第３の実施形態では、アレイレンズの表面全体は平坦な平面であり、アレイレンズ１６の内面においてマイクロレンズとして機能する凸面が画素毎に設けられる。
【０１１８】
第３の実施形態のアレイレンズ１６の表面全体が平坦であるため、表面の反射によっては回折は生じない。それゆえ、反射回折光は内面における反射によって生じる。内面１６Ａでの反射回折光によるゴーストを抑制すべく付加する内面反射光路長差は、（ｄ０−ｄ’０）×ｎ１×２（ｎ１はアレイレンズの屈折率）である。それゆえ、位相差を与えるために付加するアレイレンズ１６の画素ごとの厚みの差は、（ｍ＋１／２）λ÷（アレイレンズ１６の屈折率）÷２（ｍは整数）となる。
【０１１９】
次に、第４の実施形態につき説明する。第４の実施形態では、アレイレンズの構成が第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。図１３は、第４の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。
【０１２０】
第４の実施形態では、アレイレンズ１６の表面１６Ａでの反射回折光に加えて、内面１６Ｂでの反射回折光にも対応している。すなわち、表面反射光路長差および内面反射光路長差がともに（ｍ＋１／２）×λとなるように、アレイレンズ１６が形成される。
【０１２１】
第１の実施形態と同様に、表面反射光路長差は、（ｄ’０−ｄ０）×ｎ０×２である（図４参照）。ｄ１＋ｄ０＝ｄ’１＋ｄ’０であるから、表面反射光路長差は、（ｄ１−ｄ’１）×ｎ０×２である。したがって、隣接する画素間の表面における反射光の位相を半波長ずらすための画素間のアレイレンズ１６の厚さの差（ｄ１−ｄ’１）は、（ｍ１＋１／２）×λ÷（ｎ０×２）である（ｍ１は任意の整数）。
【０１２２】
また、第１の実施形態と同様に、内面反射光路長差は、（ｄ１−ｄ’１）×（ｎ１−ｎ０）×２である。したがって、隣接する画素間の内面における反射光の位相を半波長ずらすための画素間のアレイレンズ１６の厚さの差（ｄ１−ｄ’１）は、（ｍ２＋１／２）×λ÷｛（ｎ１−ｎ０）×２｝である（ｍ２は任意の整数）。
【０１２３】
したがって、隣接する画素間の表面および内面の両者における反射光の位相を半波長ずらすためには、画素間のアレイレンズ１６の厚さの差（ｄ１−ｄ’１）が（ｍ１＋１／２）×λ÷（ｎ０×２）および（ｍ２＋１／２）×λ÷｛（ｎ１−ｎ０）×２｝に合致するようにアレイレンズ１６を形成すればよい。
【０１２４】
なお、（ｍ１＋１／２）×λ÷（ｎ０×２）＝（ｍ２＋１／２）×λ÷｛（ｎ１−１）×２｝を満たす屈折率ｎ１のアレイレンズ１６を用いることが要求される。なお、空気の屈折率ｎ０は１である。例えば、ｍ１＝１、ｍ２＝０とすると、アレイレンズの屈折率ｎ１は１．３３と算出される。
【０１２５】
それゆえ、屈折率ｎ１が１．３３である部材を用いて、内面反射光路長差が、（１／２）×λとなるようにアレイレンズ１６を形成することにより、アレイレンズ１６の画素ごとの厚みの差が（３／２）×λ÷２となる。これにより、表面反射光路長差は（３／２）×λとなる。したがって、表面内面同時に位相差を半波長ずらした光を反射することが可能になる。なお、このような効果を付加するために、屈折率は１．３３であることが望ましいが、１．４以下もしくは１．６６以上であってもよい。
【０１２６】
次に、第５の実施形態につき説明する。第５の実施形態では、アレイレンズが複数設けられる点において第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する部位には、同じ符号を付す。図１４は、第５の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。
【０１２７】
第５の実施形態では、複数のアレイレンズ１６、すなわち第１および第２のアレイレンズ１６Ｆ、１６Ｓによってアレイレンズ系を構成している。そして光電変換素子１２から遠い第１のアレイレンズ１６Ｆにおいては、高低差のある面１６ＦＡを光電変換素子１２側に配置することにより内面とし、平坦な面を逆側に配置することにより表面としている。
【０１２８】
したがって、第１のアレイレンズ１６Ｆを第３の実施形態のアレイレンズ１６とみなして、画素ごとのアレイレンズの厚さの差を設ければよい。したがって、内面１６ＦＡでの反射回折光を抑制すべく付加する内面反射光路長差は、第３の実施形態と同様である。
【０１２９】
それゆえ、内面反射光路長差を与えるために付加する第１のアレイレンズ１６Ｆの画素毎の厚みの差は、（ｍ＋１／２）λ÷（アレイレンズの屈折率）÷２となる。例えば、ｍを１、屈折率を１．５と設定すると、第１のアレイレンズ１６Ｆの画素ごとの厚みの差は、（１＋１／２）λ÷（１．５）÷２＝λ／２となる。
【０１３０】
このとき、第２のアレイレンズ１６Ｓの表面および内面反射に対して付加される反射光路長差は、どの面に対しても一律に、（第１のアレイレンズ１６Ｆの画素ごとの厚みの差λ／２）×（第１のアレイレンズ１６Ｆの屈折率１．５−空気の屈折率１）×２＝λ／２となる。よって、第２のアレイレンズ１６Ｓの表面反射および内面反射において、回折光抑制効果が得られる。
【０１３１】
同様に、第１のアレイレンズ１６Ｆより光電変換素子１２側に配置された部材、例えばカラーフィルタ１４や光電変換素子１２における反射光に対しても同様の回折光抑制効果が得られる。
【０１３２】
なお、図１５に示されるように、第１のアレイレンズ１６Ｆの代わりに、例えば、凹凸面を光電変換素子１２の受光面１２Ｓ側に向けた、いわゆる位相板２０のような板状部材を用いても良い。また、第１のアレイレンズ１６Ｆにおける各レンズの曲率が０であっても良い。
【０１３３】
本変形例の撮像素子１０においては、位相板２０の画素領域毎の厚さに周期的に差を設けることにより、表面反射光路長差および内面反射光路長差を設けることが可能である。なお、位相板２０の表面を平面にすることにより、位相板２０の表面および内面における反射回折ゴーストの発生を防ぐことが可能である。また、コートなどによって反射率を低下させることも好ましい。
【０１３４】
なお、光電変換素子１２の受光面１２Ｓと平行で位相板２０から離れた平面が、第１の仮想平面Ｐ１に定められる。また、第１の仮想平面に平行で、位相板２０の凹凸面の凸部２０Ｅを通る平面が、第２の仮想平面Ｐ２に定められる。
【０１３５】
位相板２０を用いる場合には、表面反射光路長差すなわち第１の仮想平面からアレイレンズ１６Ｓの表面までの光路長の差、および内面反射光路長差すなわち第１の仮想平面からアレイレンズ１６Ｓの内面までの光路長の差は、第１の仮想平面Ｐ１から第２の仮想平面Ｐ２までの光路長の差である。
【０１３６】
さらには、位相板２０の画素領域毎の厚さに周期的に差を設けることにより、位相板２０と光電変換素子１２との間に設けられるいかなる部材、例えば光電変換素子１２から第１の仮想平面Ｐ１までの光路長の差も設けられる。光路長の差は、上述のアレイレンズ１６の表面および内面における反射の場合と同じく、第１の仮想平面Ｐ１から第２の仮想平面Ｐ２までの光路長の差である。
【０１３７】
なお、第１および第２の実施形態では、アレイレンズ１６の表面１６Ａでの反射光にのみ注目してきたが、前述のように、内面１６Ｂにおける反射についても反射回折ゴーストを防ぐことが可能である。すなわち、表面１６Ａと同様に、内面１６Ｂにおいても高低差を設けて画素間で内面反射光路長差を生じ、内面１６Ｂにおける反射に起因した反射回折ゴーストを防ぐことが出来る。
【０１３８】
さらには、アレイレンズ１６の両境界面からの反射光に加え、光電変換素子１２、光電変換素子１２とアレイレンズ１６との間に設けられる配線層（図示せず）等の撮像素子内部の部材で生じる反射光に起因した反射回折ゴーストを防止することも可能である。
【０１３９】
具体的には、アレイレンズ１６に入射する、光電変換素子１２の受光面１２Ｓからの反射光が通る光の光路長である内部光路長を画素間に差を設けることにより、内部光路長差のある２画素と内部光路長が同じ２画素とを、本実施形態に準じて配置する。
【０１４０】
ただし、内部光路長差を付加する場合、上述の実施形態とは異なり、カラーフィルタ１４を透過した各色の反射光による反射回折ゴーストを抑制する必要がある。そのため、Ｒ画素同士、Ｇ画素同士、Ｂ画素同士のそれぞれの画素について、各色の光の波長と画素間距離とに基づく反射光路長差を設けることが好ましい。
【０１４１】
アレイレンズ１６の表面１６Ａまたは内面１６Ｂにおける反射回折ゴーストの抑制のためには、前述のように、画素の種類に関わらず画素ユニット１５内で反射光路長付加画素と通常画素とを配置すれば十分である。
【０１４２】
一方、内部光路長差を付加する場合には、画素ユニット１５内のＲ画素同士で前述の条件を満たすように反射光路長付加画素および通常画素を配置することが好ましい。また、画素ユニット１５内のＧ画素同士で前述の条件を満たすように反射光路長付加画素および通常画素を配置する必要がある。画素ユニット１５内のＢ画素同士で前述の条件を満たすように反射光路長付加画素および通常画素を配置する必要がある。
【０１４３】
なお、表面反射光路長差を２画素間で設けることにより、アレイレンズ１６の表面１６Ａだけでなく、内面１６Ｂおよび撮像素子１０内部の部材における反射光にも画素間の位相差を生じさせることは可能である。それゆえ、表面１６Ａにおける反射回折光ゴーストの低減化に適した表面反射光路長差を設けることにより、内面１６Ｂにおける反射または内部の部材における反射に対する回折ゴーストの低減化に適した内面反射光路長差または内部反射光路長差でなくても、内面および内部部材における反射回折光ゴーストを低減化することは可能である。
【０１４４】
また、撮像素子１０の構造等は、いずれの実施形態にも限定されない。例えば、モノクロ撮像素子に上述の実施形態を適用しても良い。
【０１４５】
また、ベイヤー配列以外の配列の撮像素子において、反射光路長差を有する画素を不規則に混在させても良い。
【０１４６】
また、入射光Ｌの異なる波長域を検出する受光部、例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ受光する受光部を積層させた撮像素子において、本実施形態と同様に画素を配列させても良い。このような撮像素子は、一般に回折角が大きくなる傾向にあるため、本実施形態の適用により、画質を大きく向上させ得る。
【０１４７】
この場合、入射光Ｌの入射端から最も離された受光部により検出される波長域、例えば赤色光の波長に対応した表面反射光路長差、内面反射光路長差、または内部反射光路長差を設けることが好ましい。上層側の２つの検出部における反射量が多い光、すなわちこの場合の赤色光は、上層側の検出部で吸収される他の色の光よりも多くの回折光を生じさせるからである。
【０１４８】
また、撮像素子の各画素にアレイレンズの各マイクロレンズをおよそ一対一で設ければ、アレイレンズは狭義の意味での撮像素子のパッケージ外部にあっても構わない。たとえば、撮像素子に対しカメラアクセサリーのような形態でアレイレンズを後付けするような場合においても、本発明の効果が得られる。また、カバーガラスやローパスフィルターに付加光路長差を設けた場合においても同様である。
【０１４９】
撮像素子１０の画素間における表面反射光路長差、内面反射光路長差、および内部反射光路長差は、画素設計が容易になるといった点から（ｍ＋１／２）λ（ｍは整数、λは入射光の波長）であることが好ましい。しかし、これらの光路長差は（ｍ＋１／２）λには限定されない。
【０１５０】
例えば、波長の整数倍に加算する長さを半波長に限るのでなく、半波長に０．５〜１．５の範囲の係数を乗じた（１／４）×λから（３／４）×λを加算してもよい。すなわち、前述の光路長差を（ｍ＋１／４）×λ〜（ｍ＋３／４）×λの範囲内に含まれるように、アレイレンズなどを形成してもよい。
【０１５１】
また、光電変換素子まで達する光束の最短波長から最長波長である受光波長域の中央値の波長λcの０．５倍から１．５倍の範囲内（０．５λｃ＜λｂ＜１．５λｃ）に入る波長λｂを用いて、（ｍ＋１／２）λｂが前述の光路長差となるように、アレイレンズなどを形成してもよい。
【０１５２】
あるいは、画素毎の分光透過特性に応じて透過される各波長域の中央値の波長λｅの０．５倍から１．５倍の範囲内（０．５λｅ＜λｂ＜１．５λｅ）に入る波長λｂを用いて、（ｍ＋１／２）λｂが前述の光路長差となるように、アレイレンズなどを形成してもよい。
【０１５３】
さらに、撮像素子１０においては、光電変換素子１２に達する光束の最短波長から最長波長の間にある受光波長域に可視光を含んでいる。それゆえ、表面反射光路長差すなわち表面側のマイクロレンズの厚さの差は、受光波長域の中央値近傍の波長をλｇとすると（ｍ＋１／２）λｇ、例えば２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、特に２５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。また、λｇの代わりに、各画素の分光透過特性を有するカラーフィルタ１４により透過される各波長域の中央値近傍の波長λｆを用いても良い。
【０１５４】
また、図１６に示すように、撮像素子１０内部の配線ＳＬなどによって反射回折ゴーストが生じることもある。このような配線ＳＬなどによる反射回折ゴーストを抑制するためには、仮想平面Ｐから配線までの光路長差が（ｍ＋１／２）λ／２となる構成が好ましい。ただしこのことは、実質上、仮想平面Ｐから光電変換素子１２までの内部反射光路長差を（ｍ＋１／２）λに合わせることと等価であるため、上述のように、受光面１２Ｓまでの光路長差に対応すれば十分である。
【０１５５】
また、第１、第２の実施形態において、マイクロレンズの厚さを画素毎に変えることにより表面光路長を変える構成であるが、図１７に示すように、アレイレンズ１６を構成するマイクロレンズの厚さを変えなくても表面光路長、すなわち光電変換素子１２からアレイレンズ１６の頂点までの距離を変えることは可能である。
【実施例】
【０１５６】
次に、本実施形態における反射光路長付加画素の具体的な配置とその効果につき、図１８〜図３３を用いて説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでない。
【０１５７】
図１８（Ａ）は、第１の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図１８（Ｂ）〜１８（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合い、すなわち全画素対する反射光路長付加画素の割合が２５〜７５％の範囲内に含まれているか否かを示す図である。図１９は、第１の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１５８】
図１８（Ａ）に示すように、第１の実施例の画素ユニット１５においては、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列される。すなわち第１の実施例の画素ユニット１５は、上述の太陽の像ＳＢと錯乱円とを含むスポット径の周囲を囲む大きさの４倍の大きさを有する。
【０１５９】
なお、図１８（Ａ）において、反射光路長付加画素に色が付され、通常画素は白色で示される。なお、反射光路長付加画素と通常画素の位置の表示方法は、以下の実施例および比較例の図についても同様である。
【０１６０】
第１の実施例では、画素ユニット１５に含まれる反射光路長付加画素の数が全画素数の半分となるように配置される。すなわち第１の実施例では、不規則領域としての画素ユニット１５を形成する反射光路長付加画素の数と、通常画素の数とが等しい。
【０１６１】
第１の実施例において、画素ユニット１５が以下の条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。なお、以下の実施例および比較例についても同様に条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。
【０１６２】
条件Iでは、画素ユニット１５に含まれる縦横２４画素を２辺とする任意の区間を第１の領域１５’として、第１の領域１５’内の反射光路長付加画素の数が全画素中の２５〜７５％の範囲内にあるか否かが判断された。
【０１６３】
条件Iの判断結果が図１８（Ｂ）に示される。図１８（Ｂ）では、例えば任意に選択された画素を中心とする第１の領域１５’が条件Iを満たす場合に、選択された画素は色づけられて表示される。なお、条件Iが満たされるか否かの表示方法は、以下の実施例および比較例でも同様である。図１８（Ｂ）においては、全部の画素に色が付されており、条件Iが画素ユニット１５の全域、すなわちいずれの画素についても満たされていたことを示す。
【０１６４】
条件IIでは、画素ユニット１５に含まれる縦横２０画素を２辺とする任意の区間を第１の領域１５’として、第１の領域１５’内の反射光路長付加画素の数が全画素中の２５〜７５％の範囲内にあるか否かが判断された。
【０１６５】
条件IIの判断結果が図１８（Ｃ）に示される。図１８（Ｃ）では、例えば任意に選択された画素を中心とする第１の領域１５’が条件Iを満たす場合に、選択された画素は色づけられて表示される。なお、条件IIが満たされるか否かの表示方法は、以下の実施例および比較例でも同様である。図１８（Ｃ）においては、全部の画素に色が付されており、条件IIが画素ユニット１５の全域、すなわちいずれの画素についても満たされていたことを示す。
【０１６６】
条件IIIでは、画素ユニット１５に含まれる縦横１０画素を２辺とする任意の区間を第１の領域１５’として、第１の領域１５’内の反射光路長付加画素の数が全画素中の２５〜７５％の範囲内にあるか否かが判断された。
【０１６７】
条件IIIの判断結果が図１８（Ｄ）に示される。図１８（Ｄ）では、例えば任意に選択された画素を中心とする第１の領域１５’が条件IIIを満たす場合に、選択された画素は色づけられて表示される。なお、条件IIIが満たされるか否かの表示方法は、以下の実施例および比較例でも同様である。図１８（Ｄ）においては、全部の画素に色が付されており、条件IIIが画素ユニット１５の全域、すなわちいずれの画素についても満たされていたことを示す。
【０１６８】
以上のように、図１８（Ａ）に示した画素の配置によっては、条件I〜IIIがいずれも満たされることが分かる。図１９に示すように、反射光路長付加画素の数が全画素中の５０％である第１の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像が、後述する比較例における回折光の光学像（図３３参照）からぼやかされており、コントラストが比較例よりも十分に低いことが確認された。
【０１６９】
次に、第２の実施例につき説明する。図２０（Ａ）は、第２の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図２０（Ｂ）〜２０（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図２１は、第２の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１７０】
図２０（Ａ）に示すように、第２の実施例の画素ユニット１５においては、第１の実施例と同様に、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列される。第２の実施例では、画素ユニット１５に含まれる反射光路長付加画素の数が全画素数の４０％である。すなわち第２の実施例では、不規則領域としての画素ユニット１５において反射光路長付加画素の数が全画素数の４０％である。
【０１７１】
第１の実施形態と同様に、図２０（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図２０（Ｂ）〜２０（Ｄ）に示す。図２０（Ｂ）〜２０（Ｄ）に示すように、全部の画素に色が付されている。したがって、第２の実施例において、上述の条件I〜IIIのいずれもが、それぞれ画素ユニット１５の全域について満たされていたことを示す。
【０１７２】
以上のように、図２０（Ａ）に示した画素の配置によっては、条件I〜IIIがいずれも満たされることが分かる。図２１に示すように、反射光路長付加画素の数が全画素中の４０％である第２の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像が、後述する比較例における回折光の光学像（図３３参照）からぼやかされており、コントラストが比較例よりも十分に低いことが確認された。
【０１７３】
なお本実施例のように、画素ユニット１５中の全画素に対する反射光路長付加画素の割合が４０％である場合と、６０％である場合とでは、回折光のコントラストの抑制効果は同等であるといえる。よって、第２の実施例および以下の実施例においては、反射光路長付加画素が全画素数の５０％以下である画素ユニット１５のみを対象としている。
【０１７４】
次に、第３の実施例につき説明する。図２２（Ａ）は、第３の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図２２（Ｂ）〜２２（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図２３は、第３の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１７５】
図２２（Ａ）に示すように、第３の実施例の画素ユニット１５においては、これまでの実施例と同様に、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列されている。第３の実施例では、画素ユニット１５、すなわち不規則領域に含まれる反射光路長付加画素の数が、全画素数の３５％である。
【０１７６】
第１の実施例と同様に、図２２（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図２２（Ｂ）〜２２（Ｄ）に示す。図２２（Ｂ）、２２（Ｃ）に示すように、全部の画素に色が付されている。したがって、第３の実施例において、上述の条件IIIが、それぞれ画素ユニット１５の全域について満たされていたことを示す。
【０１７７】
一方、図２２（Ｄ）では、一部の画素が白色で示されている。したがって、第３の実施例では、条件IIIが、画素ユニット１５の一部を構成する白色の画素において、満たされていなかったことを示す。
【０１７８】
このように、反射光路長付加画素の数が全画素中の３５％であって、条件IIIの一部のみ満たされてない第３の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像（図２３参照）が、第１、第２の実施例よりも大きくかつ光量が高かった。しかしながら、後述する比較例における回折光の光学像（図３３参照）からはぼやかされており、コントラストが比較例よりも低いことが確認された。
【０１７９】
次に、第４の実施例につき説明する。図２４（Ａ）は、第４の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図２４（Ｂ）〜２４（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図２５は、第４の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１８０】
図２４（Ａ）に示すように、第４の実施例の画素ユニット１５においては、これまでの実施例と同様に、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列されている。第４の実施例では、画素ユニット１５、すなわち不規則領域に含まれる反射光路長付加画素の数が、全画素数の３０％である。
【０１８１】
第１の実施例と同様に、図２４（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図２４（Ｂ）〜２４（Ｄ）に示す。図２４（Ｂ）に示すように、全部の画素に色が付されている。したがって、第４の実施例において、上述の条件Iが画素ユニット１５の全域について満たされていたことを示す。
【０１８２】
一方、図２４（Ｃ）では、ごく一部の画素、図２４（Ｄ）では、一部の画素が白色で示されている。したがって、第４の実施例では、条件IIについては画素ユニット１５のごく一部、条件IIIについては画素ユニット１５の一部を構成する画素において、満たされていなかったことを示す。
【０１８３】
このように、反射光路長付加画素の数が全画素中の３０％であって、条件IIのごく一部、および条件IIIの一部が満たされてない第４の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像（図２５参照）が、第１〜第３の実施例よりも大きくかつ光量が高かった。しかしながら、後述する比較例における回折光の光学像（図３３参照）からはぼやかされており、コントラストが比較例よりも低いことが確認された。
【０１８４】
次に、第５の実施例につき説明する。図２６（Ａ）は、第５の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図２６（Ｂ）〜２６（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図２６は、第５の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１８５】
図２６（Ａ）に示すように、第５の実施例の画素ユニット１５においては、これまでの実施例と同様に、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列されている。第５の実施例では、画素ユニット１５、すなわち不規則領域に含まれる反射光路長付加画素の数が、全画素数の２５％である。
【０１８６】
第１の実施例と同様に、図２６（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図２６（Ｂ）〜２６（Ｄ）に示す。図２６（Ｂ）〜２６（Ｄ）においては、それぞれ一部の画素が白色で示されている。したがって、条件I〜IIIのいずれが画素ユニット１５の一部を構成する画素において満たされていなかったことを示す。
【０１８７】
このように、反射光路長付加画素の数が全画素中の２５％であって、条件I〜IIIのいずれもが満たされてない第５の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像（図２７参照）が、第１〜第４の実施例よりも大きくかつ光量が高かった。しかしながら、後述する比較例の光学像（図３３参照）からはぼやかされており、コントラストが比較例よりも低いことが確認された。
【０１８８】
次に、第６の実施例につき説明する。図２８（Ａ）は、第６の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図２８（Ｂ）〜２８（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図２９は、第６の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１８９】
図２８（Ａ）に示すように、第６の実施例の画素ユニット１５においては、これまでの実施例と同様に、縦横２辺に合計４８個ずつの画素が不規則に配列されている。第６の実施例では、画素ユニット１５、すなわち不規則領域に含まれる反射光路長付加画素の数が、全画素数の２０％である。
【０１９０】
第１の実施例と同様に、図２８（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図２８（Ｂ）〜２８（Ｄ）に示す。図２８（Ｂ）の全ての画素、図２８（Ｃ）のほとんどの画素、図２８（Ｄ）の大半の画素が白色で示されている。したがって、条件Iは完全に、条件IIはほとんど満たされておらず、条件IIIについても、画素ユニット１５の一部を構成する大半の画素において満たされていなかったことを示す。
【０１９１】
このように、反射光路長付加画素の数が全画素中の２０％であって、条件I〜IIIのいずれもが満たされてない第６の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像（図２９参照）が、第１〜第５の実施例よりも大きくかつ光量が高かった。しかしながら、後述する比較例の光学像（図３３参照）からはぼやかされており、コントラストが比較例よりも低いことが確認された。
【０１９２】
次に、第７の実施例につき説明する。図３０（Ａ）は、第７の実施例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図３０（Ｂ）〜３０（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図３１は、第７の実施例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１９３】
図３０（Ａ）に示すように、第７の実施例の画素ユニット１５においては、第１〜第６の実施例とは異なり、縦横２辺に合計８個ずつの画素が不規則に配列されている。また、図３０（Ａ）の太線で示されるように、同じ画素ユニット１５が互いに接するように連続して配置されている。第７の実施例では、画素ユニット１５、すなわち不規則領域としての画素ユニット１５に含まれる反射光路長付加画素の数は、全画素数の５０％である。
【０１９４】
第１の実施例と同様に、図３０（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。判断結果を図３０（Ｂ）〜３０（Ｄ）に示す。図２３０（Ｂ）〜３０（Ｄ）においては、画素ユニット１５の全ての画素が着色して示されている。したがって、第７の実施例では、条件I〜IIIがいずれも満たされていたことを示す。
【０１９５】
このように、条件I〜IIIがいずれも満たされ、反射光路長付加画素の数が全画素中の５０％である第７の実施例の画素ユニット１５においては、回折光ＤＬの光学像（図３１参照）が、後述する比較例の光学像（図３３参照）からぼやかされており、コントラストが比較例よりも十分に低いことが確認された。
【０１９６】
次に、比較例につき説明する。図３２（Ａ）は、比較例における画素ユニット１５における反射光路長付加画素の配置を示す図である。図３２（Ｂ）〜３２（Ｄ）は、各画素を基準とする第１の領域内の反射光路長付加画素の分散度合いを示す図である。図３３は、比較例における回折光のコントラストを示す図である。
【０１９７】
図３２（Ａ）に示すように、比較例においては、画素ユニット１５が形成されておらず、通常画素のみで撮像素子１０が形成されている。
【０１９８】
第１の実施例と同様に、図３２（Ａ）に示した画素の配置が、条件I〜条件IIIを満たすか否かが判断された。図３２（Ｂ）〜３２（Ｃ）に示すように、全部の画素が白色で示され、比較例において、上述の条件I〜IIIのいずれもが満たされていなかったことを示す。
【０１９９】
また、すべての画素が通常画素である撮像素子においては、回折光ＤＬのコントラスト（図３３参照）は、上述のいずれの実施例よりも高かった。これらの結果は、比較例においては、光路長差を有する画素が混在されていないことに起因する。
【０２００】
なお、比較例における回折光ＤＬの光学像のコントラストを１として、第１〜第７の実施例のコントラストの相対値を算出した。算出結果は、以下の表１の通りであった。
【０２０１】
【表１】
2011151345.tif 000003
【０２０２】
これらの実施例と比較例の結果から明らかであるように、画素ユニット１５において、反射光路長付加画素を全画素数の２５％〜７５％の範囲で混在させることにより、反射回折ゴーストのコントラストが抑制されることが確認された。
【０２０３】
さらに、反射光路長付加画素の割合を全画素数の５０％に近づけることによりコントラスト抑制効果が向上することが分かる。例えば、反射光路長付加画素を不規則領域の全画素数の４０％〜６０％の範囲で混在させると、反射光路長付加画素が全体の４０％未満または６０％を超える場合に比べて、さらにコントラストの抑制効果が高まった。特に、反射光路長付加画素の割合が全画素数の５０％である場合（第１の実施例）に、最も効果的にコントラストを抑制可能であった。
【０２０４】
また、第１および第７の実施例の結果を比較することにより、画素ユニット１５の大きさをある程度の範囲以上にすることによりコントラストの抑制効果が高まることが確認された。具体的には、太陽の像ＳＢ（図１０参照）と周囲の錯乱円よりも十分に広い大きさにすることが好ましい。
【０２０５】
ただし、画素ユニット１５の小さい第７の実施例においても、比較的良好な結果が得られていること、および上述のように、画素ユニット１５を小さくした場合のメリットも認められることから、８〜１２画素程度を、縦横２辺に並べた矩形状の画素ユニット１５を複数用いても良い。
【０２０６】
なお、上述の条件Ｉ〜III、すなわち太陽の像ＳＢに錯乱円を加えた大きさ、太陽の像ＳＢの大きさ、あるいは太陽の像ＳＢの半分の大きさに対応した画素ユニット１５のある領域内で反射光路長付加画素が２５〜７５％の範囲内にあることが満たされれば、反射回折ゴーストのコントラストが抑制できることが確認された。
【０２０７】
なお、実施例６においてコントラスト抑制効果が得られたことを顧みれば、画素ユニット１５の全域に渡って、反射光路長付加画素が全画素数の２５〜７５％の範囲内にある場合においても、良好な結果が期待される。
【符号の説明】
【０２０８】
１０  撮像素子
１２  光電変換素子
１２Ｓ  受光面
１５  画素ユニット
１６  アレイレンズ
１６Ａ  表面
１６Ｂ  内面
１８  膜部材
２０  位相板
１０１  第１画素（第１の画素）
１０２  第２画素（第２の画素）
Ｌ  入射光
Ｐ  仮想平面
【図１】
2011151345.tif 000004
【図２】
2011151345.tif 000005
【図３】
2011151345.tif 000006
【図４（Ａ）】
2011151345.tif 000007
【図４（Ｂ）】
2011151345.tif 000008
【図４（Ｃ）】
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【図５】
2011151345.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011151345.tif 000016
【図１２】
2011151345.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011151345.tif 000020
【図１６】
2011151345.tif 000021
【図１７】
2011151345.tif 000022
【図１８（Ａ）】
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【図１８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
2011151345.tif 000024
【図１９】
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【図２０（Ａ）】
2011151345.tif 000026
【図２０（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図２１】
2011151345.tif 000028
【図２２（Ａ）】
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【図２２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図２３】
2011151345.tif 000031
【図２４（Ａ）】
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【図２４（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図２５】
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【図２６（Ａ）】
2011151345.tif 000035
【図２６（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
2011151345.tif 000036
【図２７】
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【図２８（Ａ）】
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【図２８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図２９】
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【図３０（Ａ）】
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【図３０（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図３１】
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【図３２（Ａ）】
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【図３２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）】
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【図３３】
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