(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画素領域１６２、１６３が第１マイクロレンズ１６１よりも薄いため、入射光Ｌの反射光路長が短い。このように反射光路長差を設けることにより、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３
2011030213.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入射する光を透過する第１の光学素子とを有し、受光面上に配置される複数の第１の画素を備え、
複数の前記第１の画素の中から選択した２つの前記第１の画素のペアである第１の画素ペアの中で、一部の第１の画素ペアに含まれる２つの前記第１の画素の前記第１の光学素子の厚さに、第１の差が設けられる
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記第１の光学素子は、前記第１の画素に入射する光を集光するマイクロレンズであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記マイクロレンズの前記光電変換素子に相対する面である近位面の裏側の遠位面までの距離が、前記第１の光学素子の厚さに前記第１の差が設けられる前記第１の画素ペアを構成する２つの前記第１の画素において異なることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第１の光学素子は、前記第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第１の光学素子は、前記光電変換素子の受光面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１の差が、
１／２×（ｍ１＋１／４）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）より大きく（ｍ１は任意の整数、λ１は前記光電変換素子に入射すると想定した光の波長帯域の中央値近傍の波長、ｎ１１は前記第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は前記第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、
１／２×（ｍ１＋３／４）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記第１の差が、
｛１／２×（１／２）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×１／２より大きく（λ１は前記光電変換素子に入射すると想定した光の波長帯域の中央値の波長、ｎ１１は前記第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は前記第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、
｛１／２×（１／２）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×３／２より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１の画素は、前記第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、
前記第１の差が、１／２×（ｍ１＋１／４）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）より大きく（ｍ１は任意の整数、λ２は前記第１の帯域の中央値の波長、ｎ１１は前記第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は前記第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、１／２×（ｍ１＋３／４）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記第１の画素は、前記第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、
前記第１の差が、｛１／２×（１／２）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×１／２より大きく（λ２は前記第１の帯域の中央値の波長、ｎ１１は前記第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は前記第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、｛１／２×（１／２）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×３／２より小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記第１の差の範囲において、ｍ１＝−２、−１、０、１、２のいずれかであることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記第１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５のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記第１の差が、２５０ｎｍから３００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記第１の差を有する前記第１の画素ペアが、前記光電変換素子の受光面内の所定の方向に沿って周期的に配列されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記所定の方向において、任意の第１の画素と前記任意の第１の画素に最も近くに位置する第１の画素である隣接第１の画素とによって構成される前記第１の画素ペアの中で、前記第１の差が設けられる前記第１の画素ペアの数と、前記第１の差が設けられない前記第１の画素ペアの数とが、実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記第１の画素が二次元配列されており、
任意の前記第１の画素と、前記任意の第１の画素の周囲８方向のそれぞれについて最も近くに位置する８つの隣接第１の画素のうち、少なくとも１方向に沿って配置された前記隣接第１の画素とによって構成される前記第１の画素ペアの中で、前記第１の差が設けられる前記第１の画素ペアの数と、前記第１の差が設けられない前記第１の画素ペアの数とが、実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか1項に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記第１の画素が二次元配列されており、
任意の第１の画素と、前記任意の第１の画素の周囲８方向のそれぞれについて最も近くに位置する８つの隣接第１の画素の周囲において前記隣接第１の画素の最も近くに位置する１６個の第１の画素である再隣接第１の画素のうち少なくとも１方向に沿って配置された前記再隣接第１の画素とによって構成される前記第１の画素ペアの中で、前記第１の差が設けられる前記第１の画素ペアの数と、前記第１の差が設けられない前記第１の画素ペアの数とが、実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記第１の画素が二次元配列されており、
互いに直交する第１、第２方向において４×４の１６の第１の画素を含む第１の画素ユニット内において、任意の第１の画素と前記任意の第１の画素の所定の方向において最も近くに位置する前記第１の画素とによって構成される前記第１の画素ペアの中で、前記第１の差が設けられる前記第１の画素ペアの数と、前記第１の差が設けられない前記第１の画素ペアの数とが、実質的に等しく、
前記撮像素子内には前記第１の画素ユニットが、複数設けられている
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記光電変換素子は、第１の帯域の光を光電変換する第１の光電変換素子と前記第１の帯域と異なる第２の帯域の光を光電変換する第２の光電変換素子とを有し、
前記第１の光電変換素子が前記光電変換素子全体の前記受光面から最も離れて配置されるように、前記第１、第２の光電変換素子は前記受光面に垂直な方向に沿って積層化され、
前記第１の差は、前記第１の帯域に含まれる波長に基づいて定められる
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１９】
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い入射する光の中の第２の帯域の光を透過する第２の光フィルタと前記光電変換素子を覆い入射する光を透過する第２の光学素子とを有し、前記受光面上に配置される複数の第２の画素を備え、
前記第１の画素は、前記光電変換素子を覆い入射する光の中の前記第２の帯域と異なる第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、
複数の前記第２の画素の中から選択した２つの第２の画素のペアである第２の画素ペアの中で、一部の第２の画素ペアに含まれる２つの前記第２の画素の前記第２の光学素子の厚さに、第２の差が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項２０】
前記第１の差を設ける前記第１の画素ペアの位置が第１の配置規則に応じて定められ、前記第２の差を設ける前記第２の画素ペアの位置が前記第１の配置規則または前記第１の配置規則と異なる第２の配置規則に応じて定められることを特徴とする請求項１９に記載の撮像素子。
【請求項２１】
前記第１の差は前記第１の帯域に含まれる波長に基づいて定められ、前記第２の差は前記第２の帯域に含まれる波長に基づいて定められることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の撮像素子。
【請求項２２】
前記第１、第２の差が等しいことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の撮像素子。
【請求項２３】
光電変換素子を有し、受光面上に配置される複数の第１の画素を備え、
前記複数の第１の画素の中で所定の周期で位置する前記第１の画素にのみ、前記光電変換素子を覆い入射する光を透過する第１の光学素子が設けられる
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２４】
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタと前記光電変換素子を覆い入射する光を透過する第１のマイクロレンズとを有し、前記受光面上に配置される複数の第１の画素と、
光電変換素子と前記光電変換素子を覆い入射する光の中の前記第１の帯域と異なる第２の帯域の光を透過する第２の光フィルタと前記光電変換素子を覆い入射する光を透過する第２のマイクロレンズとを有し、前記受光面上に配置される複数の第２の画素とを備え、
複数の前記第１の画素の中から選択した２つの第１の画素のペアである第１の画素ペアの中で、一部の第１の画素ペアに含まれる２つの前記第１の画素の前記第１のマイクロレンズの厚さに、第１の差が設けられ、
複数の前記第２の画素の中から選択した２つの第２の画素のペアである第２の画素ペアの中で、一部の第２の画素ペアに含まれる２つの前記第２の画素の前記第２のマイクロレンズの厚さに、第２の差が設けられる
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２５】
前記第１の差を有する前記第１の画素ペアが受光面内の第３の方向に沿って周期的に配列され、前記第２の差を有する前記第２の画素ペアが受光面内の第４の方向に沿って周期的に配列されることを特徴とする請求項２４に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に関し、特にゴーストの発生を抑制可能な撮像素子に関する。
【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、近年のデジタルカメラ等に代表される固体撮像素子を用いたデジタル光学機器では、撮像素子表面にて発生するゴーストも知られている。
【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に微細な凹凸形状を与えることにより、反射を抑制することも知られている（特許文献１参照）。また、撮像素子の光電変換素子表面に薄膜を設け、ゴーストの原因となる光電変換素子表面での反射を抑制することが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３２４３３号公報
【特許文献２】特開平０１−２９８７７１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、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ある。
【０００７】
この場合、ＣＣＤ等の撮像素子を有するデジタル光学機器においては、撮像素子内部にて規則的に多数配置された光電変換素子が、光電変換素子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、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。
【０００８】
この反射回折現象は前述の通り、光電変換素子部分での反射により生じるため、特許文献１の構成では抑制し得ない。また、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２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。
【０００９】
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の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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入射する光を透過する第１の光学素子とを有し受光面上に配置される複数の第１の画素を備え、複数の第１の画素の中から選択した２つの第１の画素のペアである第１の画素ペアの中で一部の第１の画素ペアに含まれる２つの第１の画素の第１の光学素子の厚さに、第１の差が設けられることを特徴としている。
【００１１】
なお、第１の光学素子は、第１の画素に入射する光を集光するマイクロレンズであることが好ましい。
【００１２】
また、マイクロレンズの光電変換素子に相対する面である近位面の裏側の遠位面までの距離が、第１の光学素子の厚さに第１の差が設けられる第１の画素ペアを構成する２つの第１の画素において異なることが好ましい。
【００１３】
また、第１の光学素子は第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタであることが好ましい。
【００１４】
また、第１の光学素子は光電変換素子の受光面上に配置されることが好ましい。
【００１５】
また、第１の差が、１／２×（ｍ１＋１／４）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）より大きく（ｍ１は任意の整数、λ１は光電変換素子に入射すると想定した光の波長帯域の中央値近傍の波長、ｎ１１は第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、１／２×（ｍ１＋３／４）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）より小さいことが好ましい。
【００１６】
また、第１の差が、｛１／２×（１／２）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×１／２より大きく（λ１は光電変換素子に入射すると想定した光の波長帯域の中央値の波長、ｎ１１は第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、｛１／２×（１／２）×λ１÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×３／２より小さいことが好ましい。
【００１７】
また、第１の画素は第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、第１の差が１／２×（ｍ１＋１／４）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）より大きく（ｍ１は任意の整数、λ２は第１の帯域の中央値の波長、ｎ１１は第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、１／２×（ｍ１＋３／４）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）より小さいことが好ましい。
【００１８】
また、第１の画素は第１の画素に入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、第１の差が｛１／２×（１／２）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×１／２より大きく（λ２は第１の帯域の中央値の波長、ｎ１１は第１の光学素子の屈折率、ｎ１２は第１の差を生じさせる空間に充填された物質の屈折率または空気の屈折率）、｛１／２×（１／２）×λ２÷（ｎ１１−ｎ１２）｝×３／２より小さいことが好ましい。
【００１９】
また、第１の差の範囲において、ｍ１＝−２、−１、０、１、２のいずれかであることが好ましい。
【００２０】
また、第１の差が２００ｎｍから３５０ｎｍであることが好ましい。さらには、第１の差が２５０ｎｍから３００ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
また、第１の差を有する第１の画素ペアが光電変換素子の受光面内の所定の方向に沿って周期的に配列されていることが好ましい。
【００２２】
また、所定の方向において任意の第１の画素と任意の第１の画素に最も近くに位置する第１の画素である隣接第１の画素とによって構成される第１の画素ペアの中で、第１の差が設けられる第１の画素ペアの数と第１の差が設けられない第１の画素ペアの数とが実質的に等しいことが好ましい。
【００２３】
また、第１の画素が二次元配列されており、任意の第１の画素と任意の第１の画素の周囲８方向のそれぞれについて最も近くに位置する８つの隣接第１の画素のうち少なくとも１方向に沿って配置された隣接第１の画素とによって構成される第１の画素ペアの中で第１の差が設けられる第１の画素ペアの数と第１の差が設けられない第１の画素ペアの数とが実質的に等しいことが好ましい。
【００２４】
また、第１の画素が二次元配列されており、任意の第１の画素と任意の第１の画素の周囲８方向のそれぞれについて最も近くに位置する８つの隣接第１の画素の周囲において隣接第１の画素の最も近くに位置する１６個の第１の画素である再隣接第１の画素のうち少なくとも１方向に沿って配置された再隣接第１の画素とによって構成される第１の画素ペアの中で第１の差が設けられる第１の画素ペアの数と第１の差が設けられない第１の画素ペアの数とが実質的に等しいことが好ましい。
【００２５】
また、第１の画素が二次元配列されており、互いに直交する第１、第２方向において４×４の１６の第１の画素を含む第１の画素ユニット内において任意の第１の画素と任意の第１の画素の所定の方向において最も近くに位置する第１の画素とによって構成される第１の画素ペアの中で第１の差が設けられる第１の画素ペアの数と第１の差が設けられない第１の画素ペアの数とが実質的に等しく、撮像素子内には第１の画素ユニットが複数設けられていることが好ましい。
【００２６】
また、光電変換素子は第１の帯域の光を光電変換する第１の光電変換素子と第１の帯域と異なる第２の帯域の光を光電変換する第２の光電変換素子とを有し、第１の光電変換素子が光電変換素子全体の受光面から最も離れて配置されるように第１、第２の光電変換素子は受光面に垂直な方向に沿って積層化され、第１の差は第１の帯域に含まれる波長に基づいて定められることが好ましい。
【００２７】
また、光電変換素子と光電変換素子を覆い入射する光の中の第２の帯域の光を透過する第２の光フィルタと光電変換素子を覆い入射する光を透過する第２の光学素子とを有し受光面上に配置される複数の第２の画素を備え、第１の画素は光電変換素子を覆い入射する光の中の第２の帯域と異なる第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタを有し、複数の第２の画素の中から選択した２つの第２の画素のペアである第２の画素ペアの中で一部の第２の画素ペアに含まれる２つの第２の画素の第２の光学素子の厚さに第２の差が設けられることが好ましい。
【００２８】
また、第１の差を設ける第１の画素ペアの位置が第１の配置規則に応じて定められ、第２の差を設ける第２の画素ペアの位置が第１の配置規則または第１の配置規則と異なる第２の配置規則に応じて定められることが好ましい。
【００２９】
また、第１の差は第１の帯域に含まれる波長に基づいて定められ、第２の差は第２の帯域に含まれる波長に基づいて定められることが好ましい。あるいは、第１、第２の差が等しいことが好ましい。
【００３０】
本発明の第２の撮像素子は、光電変換素子を有し受光面上に配置される複数の第１の画素を備え、複数の第１の画素の中で所定の周期で位置する第１の画素にのみ光電変換素子を覆い入射する光を透過する第１の光学素子が設けられることを特徴とする。
【００３１】
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入射する光の中の第１の帯域の光を透過する第１の光フィルタと光電変換素子を覆い入射する光を透過する第１のマイクロレンズとを有し受光面上に配置される複数の第１の画素と光電変換素子と光電変換素子を覆い入射する光の中の第１の帯域と異なる第２の帯域の光を透過する第２の光フィルタと光電変換素子を覆い入射する光を透過する第２のマイクロレンズとを有し受光面上に配置される複数の第２の画素とを備え、複数の第１の画素の中から選択した２つの第１の画素のペアである第１の画素ペアの中で一部の第１の画素ペアに含まれる２つの第１の画素の第１のマイクロレンズの厚さに第１の差が設けられ,複数の第２の画素の中から選択した２つの第２の画素のペアである第２の画素ペアの中で一部の第２の画素ペアに含まれる２つの第２の画素の第２のマイクロレンズの厚さに第２の差が設けられることが好ましい。
【００３２】
なお、第１の差を有する第１の画素ペアが受光面内の第３の方向に沿って周期的に配列され、第２の差を有する第２の画素ペアが受光面内の第４の方向に沿って周期的に配列されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
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を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】第１の実施形態における内部反射光路長を示す撮像素子の概略的な断面図である。
【図５】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】回折光の回折角の変化量と回折光のコントラストとの関係を概略的に示す図である。
【図１０】撮像素子の一部における画素ごとの反射光路長付加の有無と、隣接する画素間の反射光路長差との関係を示す図である。
【図１１】ベイヤー配列におけるＲ、Ｇ、Ｂの各画素を概略的に示す図である。
【図１２】基準位置にある基準画素と、基準画素に対する隣接画素および再隣接画素の位置を示す図である。
【図１３】第１の実施形態における画素の配置を示す画素配置図である。
【図１４】第１の実施形態の基準画素と隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図１５】第１の実施形態の基準画素と第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図１６】第１の実施形態の基準画素と第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図１７】第２の実施形態における画素の配置を示す画素配置図である。
【図１８】第２の実施形態の基準画素と隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図１９】第２の実施形態の基準画素と第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２０】第２の実施形態の基準画素と第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２１】第３の実施形態における画素の配置を示す画素配置図である。
【図２２】第３の実施形態の基準画素と隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２３】第３の実施形態の基準画素と第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２４】第３の実施形態の基準画素と第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２５】第４の実施形態における画素の配置を示す画素配置図である。
【図２６】第４の実施形態の基準画素と隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２７】第４の実施形態の基準画素と第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２８】第４の実施形態の基準画素と第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【図２９】第５の実施形態の撮像素子の一部を示す画素配置図である。
【図３０】第７〜第１０の実施形態における画素の配置を示す画素配置図である。
【図３１】第１１の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図３２】第１２の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図３３】第１３の実施形態における撮像素子を示す断面図である。
【図３４】特殊な画素配列におけるＲ、Ｇ、Ｂの各画素を概略的に示す図である。
【図３５】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３６】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３７】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３８】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３９】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】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図３に示すように、第１の実施形態における撮像素子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。アレイレンズ１６への入射光Ｌは、アレイレンズ１６およびカラーフィルタ１４を透過して光電変換素子１２の受光面１２Ｓに到達する。
【００４０】
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。
【００４１】
撮像素子１０においては、入射光Ｌの入射端、すなわちアレイレンズ１６の表面から光電変換素子１２までの距離の異なる複数の画素が、規則的に配置されている。
【００４２】
例えば、第１画素１０１におけるアレイレンズ１６の一部である第１マイクロレンズ１６１は、第２、第３の画素１０２、１０３におけるアレイレンズ１６の一部である第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。
【００４３】
したがって、第１マイクロレンズ１６１の表面１６１Ｅから光電変換素子１２までの距離Ｄ１より、第２、第３マイクロレンズ１６２、１６３から光電変換素子１２までの距離Ｄ２、Ｄ３が短い。このようにアレイレンズ１６を構成するマイクロレンズの被写体（物体）側の表面の位置が、一部の画素間で異なっている。
【００４４】
マイクロレンズの表面位置の違いにより、以下に説明するように、第１画素１０１における内部反射光路長と、第２、第３画素１０２、１０３における内部反射光路長とが互いに異なっている。
【００４５】
次に、内部反射光路長について説明する。内部反射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４参照）。
【００４６】
内部光路長は、光電変換素子１２と仮想平面Ｐ（図４参照）との間の領域における、物質および空間の距離×屈折率の積分値である。内部反射光路長は、内部光路長を２倍した値である。なお、内部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１２の受光面に垂直な直線における距離とする。
【００４７】
例えば、図４においては、第１画素１０１の内部反射光路長ＲＤ１は、｛（ｄ０×１）＋（ｄ１×ｎ１）＋（ｄ２×１）＋（ｄ３×ｎ３）+（ｄ４×１）｝×２と計算される。また、第２画素１０２の内部反射光路長ＲＤ２は、｛（ｄ’０×１）＋（ｄ’１×ｎ１）＋（ｄ２×１）＋（ｄ３×ｎ３）＋（ｄ４×１）｝×２と計算される。なお、上記および以下の演算式では、空気の屈折率を１としている。
【００４８】
内部反射光路長ＲＤ１およびＲＤ２の差である内部反射光路長差、すなわちＲＤ２−ＲＤ１は、｛（ｄ０×１）＋（ｄ１×ｎ１）−（ｄ’０×１）−（ｄ’１×ｎ１）｝２である。（ｄ’０＋ｄ’１）＝（ｄ０＋ｄ１）であるため、内部反射光路長差（ＲＤ２−ＲＤ１）は、（ｄ１−ｄ’１）×（ｎ１−１）×２と計算される。
【００４９】
このように、本実施形態では、マイクロレンズの厚さが画素によって異なることにより、画素間に（アレイレンズ１６の厚さの差）×（アレイレンズ１６の屈折率−空気の屈折率）×２だけの内部反射光路長差が設けられる。
【００５０】
画素間の内部反射光路長差を設けた撮像素子１０においては、入射光Ｌの光電変換素子１２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。
【００５１】
例えば、図５（Ａ）に示すように、第２、第３画素１０２、１０３との間の内部反射光路長差はｍλ（ｍは整数、λは光電変換素子への入射光の波長）であり、位相が同じである。位相の同じ第２、第３画素１０２、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。
【００５２】
これに対し、第１画素１０１と第２画素１０２との間の内部反射光路長差が（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。位相の同じ第１、第２画素１０１、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。
【００５３】
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、位相差がない時の第１回折光ＤＬ１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。
【００５４】
このように、内部反射光路長差を画素間に設けて回折光ＤＬの回折光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。
【００５５】
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得ることを、図６を用いて説明する。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。
【００５６】
いずれの画素間にも内部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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、カラーフィルタの配置および色毎の回折光の広がりについて、それぞれ図７、８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。
【００６０】
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、全ての画素が二次元配列されており、カラーフィルタ１４（図３、５参照）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。
【００６１】
光電変換素子１２における反射光は、カラーフィルタ１４を透過することにより透過帯域の色光成分のみを有する。したがって、光電変換素子１２の反射光による反射回折ゴーストは、同じ色のカラーフィルタ領域を有する画素間で発生し、異なる色のカラーフィルタ領域を有する画素間で生じない。例えば、Ｒ画素同士、Ｇ画素同士、およびＢ画素同士の間に回折光が生じる。
【００６２】
次に、色毎の回折角について説明する。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、のように隣の次数の回折光との進行角度差である。なお、回折光ＤＬ（図５参照）の回折角は、反射光波長／画素間距離により算出される。
【００６３】
最も近くに配置されたＲ画素同士、あるいはＢ画素同士の中心点間の距離ＲＤ、ＢＤ、すなわち画素間距離は、例えば約１０μｍであり、この場合、Ｇ画素同士の画素間距離ＧＤは約７μｍである。
【００６４】
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は４２０ｎｍである。
【００６５】
従って、Ｒ画素により生じる回折光の回折角は、６３０ｎｍ／１０μｍ＝６３ｒａｄである（図８（Ａ）参照）。また、Ｇ画素により生じる回折光の回折角が、５３０ｎｍ／７μｍ＝７６ｒａｄで最も大きい（図８（Ｂ）参照）。また、Ｂ画素により生じる回折光の回折角が、４２０ｎｍ／１０μｍ＝４２ｒａｄで最も小さい（図８（Ｃ）参照）。このように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素ごとに生じる回折光ＤＬの回折角が異なる。
【００６６】
前述のように、光電変換素子１２における反射光による回折光は、同じ色の画素間で生じる。それゆえ、本実施形態では、通過するカラーフィルタ１４の各色領域に対して異なる内部反射光路長差が設けられている。すなわち、Ｒ画素同士に内部反射光路長差、Ｇ画素同士に内部反射光路長差、およびＢ画素同士に内部反射光路長差が設けられる。本実施形態では、コントラストの低減化効果を大きくするために、各色画素同士における反射光路長差が、（ｍ＋１／２）λ（ｍは整数、λはカラーフィルタ１４の各色の代表波長）となるように、内部反射光路長差が定められる。
【００６７】
例えばカラーフィルタ１４の各色の透過帯域の代表波長を、Ｒ画素では６３０ｎｍ、Ｇ画素では５３０ｎｍ、Ｂ画素では４２０ｎｍとして、色毎に内部反射光路長差が設けられる。
【００６８】
なお、代表波長としては、カラーフィルタ１４の各色領域に対する透過率のピークに対応する波長や、カラーフィルタ１４の各色領域を透過する波長域の中心値などが採用され得るものの、概ね上述の値である。このように本実施形態では、入射光束を所定の波長域のみ選択的に透過させるカラーフィルタ１４を用い、画素ごとに定められたカラーフィルタ１４の分光透過特性に応じて、内部反射光路長が長い画素と短い画素が設けられる。
【００６９】
図９は、ベイヤー配列から抜き出した同じ色の画素、例えばＲ画素のみにおける内部反射光路長差を設ける画素配列と、同じ色の画素同士により生じる回折光のコントラストとの関係を概略的に示す図である。
【００７０】
図９（Ａ）に示されるように、撮像素子１０の全ての画素について内部反射光路長が等しい場合、回折光のコントラストは高い。この状態においては、上述の図５を例にとると、隣接する２画素間の内部反射光路長差に位相差は生じない。したがって、全ての２画素間から同じ方向（破線参照）に向かう第１回折光ＤＬ１が生じている。これらの回折光は、同じ方向に進み同じ個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。
【００７１】
これに対し、一部の画素に、隣接する画素に対して内部反射光路長差を設けることにより、図９（Ｂ）に示されたように、回折光のコントラストがやや低下する。なお図９（Ｂ）〜（Ｅ）においては、内部反射光路長を付加した画素（以下、反射光路長付加画素という）には、斜線が引かれる。
【００７２】
さらに、図９（Ｃ）に示されるように、半分の画素に対して内部反射光路長差を設けると、回折光のコントラストが大きく低下する。この状態においては、上述の図５を例にとると、半分の２画素間から同じ方向（破線参照）に向かう第１回折光ＤＬ１が生じ、別の半分の２画素間からは第１回折光ＤＬ１と異なる方向（実線参照）に向かう第２回折光ＤＬ２が生じる。そして、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が、最小化される。
【００７３】
隣接する画素に対して内部反射光路長を付加した画素が半分（図９（Ｃ）参照）よりも多い場合（図９（Ｄ）参照）では、回折光ＤＬのコントラストが高まる。さらに、全ての画素に対して、内部反射光路長を付加した（図９（Ｅ）参照）場合は、回折光ＤＬのコントラストがより高くなる。
【００７４】
なお、全ての画素に対して、内部反射光路長を付加した状態（図９（Ｅ）参照）は、全ての画素の内部反射光路長が等しい状態であって、上述の図５を例にとると、全ての２画素間から同じ方向（実線参照）に向かう第２回折光ＤＬ２が生じており、第１回折光ＤＬ１が生じていない。したがって、回折光の進む方向が図９（Ａ）の状態から変化するものの、回折光ＤＬのコントラストは、図９（Ａ）に示された状態と同レベルになる。
【００７５】
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内部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る。特に、内部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望ましいと考えられる。
【００７６】
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反射光路長付加画素の配置およびその際の内部反射光路長差につき、以下に説明する。
【００７７】
本実施形態における画素の配置とその効果を、画素配置図および反射光路長差図を用いて説明する。画素配置図および反射光路長差図の例を、図１０を用いて説明する。また、図１１を用いて基準画素に対する隣接画素および再隣接画素の定義を説明する。
【００７８】
図１０は、撮像素子１０の一部における画素ごとの内部反射光路長付加の有無と、隣接する画素間の内部反射光路長差との関係を示す図である。なお、上述のように、カラーフィルタ１４の色毎に反射光路長付加画素を配置する必要があり、図１０および以後の説明における反射光路長付加画素の配置図はＲ画素に関する配置図とする。ただし、Ｂ画素およびＧ画素に関しても、内部光路長付加の配置はＲ画素と同様である。
【００７９】
なお、Ｒ画素およびＢ画素を抽出した場合には、図１１に示すようにＲ画素およびＢ画素同士それぞれは、上下左右に並ぶ行列を形成する。それゆえ、Ｂ画素における光路長付加画素の配置はＲ画素と同じである。また、ベイヤー配列全体を４５°回転させた状態においてＧ画素は、図１１に示すように上下左右に並ぶ行列を形成する。それゆえ、Ｇ画素における反射光路長付加画素の配置は、４５°回転させた状態でＲ画素と同じ配置にすればよい。
【００８０】
図１０（Ａ）において、撮像素子１０には、内部光路長がより短い通常画素（白抜き画素参照）と、内部光路長がより長い反射光路長付加画素（斜線付加画素参照）とが、設けられる。通常画素と反射光路長付加画素との間には、（ｍ＋１／２）λの内部反射光路長差が設けられる。
【００８１】
なお、内部反射光路長とは、上述のように、内部光路長の２倍である。したがって、内部光路長が等しいということと、内部反射光路長が等しいということは同義である。なお、通常画素と反射光路長付加画素との間には、（ｍ＋１／２）λの内部反射光路長差が設けられることが理想的であるが、それよりも位相差が大小してもよい。すなわち、（ｍ＋１／２）λ（ｍは整数）よりも少し大小した内部反射光路長差が設けられればよい。
【００８２】
図１０（Ｂ）では、図１０（Ａ）のような画素配置において任意の画素と下方向に隣接する画素との２つの画素間での内部反射光路長差の有無を示す。図１０（Ｂ）では、下方向に隣接する画素に対して上述の内部反射光路長差が設けられていない画素は、白抜きで表示される。一方、下方向に隣接する画素に対して上述の内部反射光路長差が設けられた画素は、斜線が付されている。
【００８３】
例えば、図１０（Ａ）において、左上からI行（１）列目の画素I（１）と、その真下において隣接するII行（１）列目の画素II（１）との内部光路長は等しい。したがって、図１０（Ｂ）において、I行（１）列目の画素I（１）に対応するＡ行ａ列目の画素Ａａは白抜きで表示される。
【００８４】
なお、本明細書における隣接する画素とは、上述のようにＲ画素同士、Ｇ画素同士、あるいはＢ画素同士の２つの画素について、互いに最も近い位置にある画素を含んでおり、互いに接触している画素には限定されない。
【００８５】
また、図１０（Ａ）においてII行（１）列目の画素II（１）と、その真下において隣接するIII行（１）列目の画素III（１）との間には内部反射光路長差が設けられる。したがって、図１０（Ｂ）において、II行（１）列目の画素に対応するＢ行ａ列目の画素Ｂａには、斜線が付されている。
【００８６】
図１０（Ａ）のように実際の画素の配置を示す図（以下、画素配置図という）と、図１０（Ｂ）のように画素配置図中の２つの画素間の内部反射光路長差を示す図（以下、反射光路長差図という）を用いて、本実施形態の画素の配置および効果について、以下に説明する。
【００８７】
なお、図１０（Ｂ）においては、二次元に配列された画素の下方向に沿って隣接する画素同士における反射回折光の発生について着目し、内部反射光路長差の有無を示した。しかし、反射回折光を生じる画素は、基準画素ＰＳの下方向に隣接する画素に限られない。
【００８８】
図１２（Ａ）に示すように、基準画素ＰＳの周囲の８画素である隣接画素それぞれと基準画素ＰＳとの間においても反射回折光を生じる。さらには、８つの隣接画素の周囲の１６画素である再隣接画素と、基準画素ＰＳとの間においても反射回折光を生じる。
【００８９】
なお、再隣接画素は、第１、第２の再隣接画素によって構成される。図１２（Ｂ）において斜線を付されて示されるように、第１の再隣接画素は、基準画素ＰＳから上下方向、左右方向、および上下方向または左右方向から４５度傾斜した斜め方向に配置された８画素である。図１２（Ｃ）において斜線を付されて示されるように、第２の再隣接画素は第１の再隣接画素以外の再隣接画素であって、２つの第１の再隣接画素に隣合う画素である。
【００９０】
図１３は、第１の実施形態の撮像素子１０における画素の配置を示す画素配置図である。図１４は、基準画素ＰＳと隣接画素との間の反射光路長差図である。図１５は、基準画素ＰＳと第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。図１６は、基準画素ＰＳと第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【００９１】
なお、上述のように、図１３および以下の画素配置図では、二次元配列された多数の画素のうち、Ｒ画素のみを抽出して示している。なお、Ｇ画素およびＢ画素についての配置も同様である。上述のように、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素間では、生じる回折角が異なっているからであり、本実施形態では、同じ色の透過帯域のカラーフィルタ領域を有する画素間での内部反射光路長差に着目している。
【００９２】
図１３および以下の画素配置図において、第１〜第４の配列線Ｌ１〜Ｌ４は基準画素ＰＳを通って各方向に延びる仮想の線である。第１〜第４の配列線Ｌ１〜Ｌ４は、基準画素ＰＳから下方向（Ｌ１）、右方向（Ｌ２）、右上方向（Ｌ３）、右下方向（Ｌ４）に延びる。第１、第２の配列線Ｌ１、Ｌ２は互いに直交している。また、第３、第４の配列戦Ｌ３、Ｌ４は互いに直交している。なお、撮像素子１０においては、図１３に示された画素配列が繰り返される。
【００９３】
図１４（Ａ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと下方向Ｌ１に隣接する画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。
【００９４】
以後の説明において、基準画素ＰＳに対して特定の位置の隣接画素および再隣接画素と基準画素とを画素ペアと呼ぶ。すなわち、図１４（Ａ）には、基準画素ＰＳと下方向Ｌ１の隣接画素との画素ペアにおける内部反射光路長差の有無が示される。
【００９５】
図１４（Ａ）に示すように、下方向Ｌ１に配置された隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数が等しい。なお、上方向に配置された隣接画素に対しても同様である。
【００９６】
図１４（Ｂ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと右方向Ｌ２に配置された隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１４（Ｂ）に示すように、右方向Ｌ２の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいても、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【００９７】
図１４（Ｃ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳから右上方向Ｌ３に配置された隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１４（Ｃ）に示すように、右上方向Ｌ３の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいても、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【００９８】
図１４（Ｄ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳから右下方向Ｌ４に配置された隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１４（Ｄ）に示すように、右下方向Ｌ４の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいても、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【００９９】
図１５（Ａ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと下方向Ｌ１に配置された第１の再隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１５（Ａ）に示すように、下方向Ｌ１の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１００】
図１５（Ｂ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと右方向Ｌ２に配置された第１の再隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１５（Ｂ）に示すように、右方向Ｌ２の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０１】
図１５（Ｃ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと右上方向Ｌ３に配置された第１の再隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１５（Ｃ）に示すように、右上方向Ｌ３の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０２】
図１５（Ｄ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳと右下方向Ｌ４に配置された第１の再隣接画素との２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１５（Ｄ）に示すように、右下方向Ｌ４の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０３】
図１６（Ａ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳの下方向Ｌ１と右下方向Ｌ４に配置された２つの第１の再隣接画素に挟まれる第２の再隣接画素および基準画素ＰＳの２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１６（Ａ）に示すように、このような配置の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０４】
図１６（Ｂ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳの上方向と右上方向Ｌ３に配置された２つの第１の再隣接画素に挟まれる第２の再隣接画素および基準画素ＰＳの２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１６（Ｂ）に示すように、このような配置の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０５】
図１６（Ｃ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳの右方向Ｌ２と右下方向Ｌ４に配置された２つの第１の再隣接画素に挟まれる第２の再隣接画素および基準画素ＰＳの２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１６（Ｃ）に示すように、このような配置の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０６】
図１６（Ｄ）には、任意の画素を基準画素ＰＳとして、基準画素ＰＳの右方向Ｌ２と右上方向Ｌ３に配置された２つの第１の再隣接画素に挟まれる第２の再隣接画素および基準画素ＰＳの２つの画素間での内部反射光路長差が示される。図１６（Ｄ）に示すように、このような配置の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアとの数は等しい。
【０１０７】
以上のように第１の実施形態では、全ての方向において、基準画素ＰＳと隣接画素および第１、第２の再隣接画素との間で（ｍ＋１／２）λの内部反射光路長差を有する画素ペアと、反射光路長が等しい画素ペアとが同数ずつ存在する。
【０１０８】
また、本実施形態において、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素毎に、通常画素と反射光路長付加画素が特定のパターン（図１３参照）で上下方向と左右方向のそれぞれ４画素ずつ配置した画素ユニットが形成される。撮像素子１０には画素ユニットが上下方向および左右方向に連続して繰返すように配置される。
【０１０９】
画素ユニットの大きさは、入射光Ｌの波長に応じた回折限界に基づいて定められる。すなわち、画素ユニットの大きさはエアリーディスクの径と実質的に同じになるように定められる。例えば、一般的に用いられる撮影レンズに対して、画素ユニットは、１辺の長さが概ね２０〜３０μｍ以下となるように定められる。
【０１１０】
このように、一般的な光学系を用いて入射光Ｌを集光させた際の光スポット（エアリーディスク）の大きさに概ね等しい画素ユニット内にて、内部反射光路差を有する画素ペアと内部反射光路が等しい画素ペアの数を上述のように調整することにより、回折光のコントラストを効率的に低減させることができる。
【０１１１】
以上のように第１の実施形態によれば、同一の透過帯域を有する画素間に位相差を生じるように内部反射光路長差を設けることにより、カラーフィルタ１４より光電変換素子１２側の部材における反射回折光のコントラストを低減させることが可能になる。反射回折光のコントラストを低減させることにより、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１１２】
厚さが不均一なアレイレンズ１６（図３参照）の作成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り、このような複雑な加工に比べて製造の簡素化および製造コストの低減化が可能である。
【０１１３】
次に、本発明の第２の実施形態につき説明する。第２の実施形態では、通常画素と反射光路長付加画素の配置が第1の実施形態と異なる。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。
【０１１４】
図１７は、第２の実施形態の撮像素子１０における画素の配置を示す画素配置図である。図１８は、基準画素ＰＳと隣接画素との間の反射光路長差図である。図１９は、基準画素ＰＳと第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。図２０は、基準画素ＰＳと第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【０１１５】
図１８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１１６】
図１８（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１１７】
図１９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１１８】
図１９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の第１の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアが、内部反射光路長の等しい画素ペアよりも多い。なお、内部反射光路長差を有する画素ペアは全画素中の過半数であり、具体的には６３％である。
【０１１９】
図２０（Ａ）〜（Ｄ）には、基準画素ＰＳから図１６（Ａ）〜（Ｄ）と同じ方向に配置された第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１２０】
図２０（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１２１】
以上のように第２の実施形態では、全ての方向において、基準画素ＰＳと隣接画素および第２の再隣接画素との間で（ｍ＋１／２）λの内部反射光路長差を有する画素ペアと、反射光路長が等しい画素ペアとが同数ずつ存在する。ただし、全ての方向において第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの間では、内部反射光路長差を有する画素ペアの数が多い。
【０１２２】
以上のような第２の実施形態によれば、同一の透過帯域を有する画素間に位相差を生じるように内部反射光路長差を設けることにより、カラーフィルタ１４より光電変換素子１２側の部材における反射回折光のコントラストを低減させることが可能になる。反射回折光のコントラストを低減させることにより、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１２３】
なお、第１の実施形態と異なり、第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいては内部反射光路長差を有する画素ペアの方が多い。そのため、第１の実施形態に比べて反射回折ゴーストの抑制効果が低い。しかし、全画素の内部反射光路長が等しい構成に比べて十分な反射回折ゴーストの抑制効果が得られる。
【０１２４】
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、通常画素と反射光路長付加画素の配置が第1の実施形態と異なる。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。
【０１２５】
図２１は、第３の実施形態の撮像素子１０における画素の配置を示す画素配置図である。図２２は、基準画素ＰＳと隣接画素との間の反射光路長差図である。図２３は、基準画素ＰＳと第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。図２４は、基準画素ＰＳと第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【０１２６】
図２２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１２７】
図２２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１２８】
図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１２９】
図２３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１および右方向Ｌ２の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１３０】
一方、図２３（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して右上方向Ｌ３および右下方向Ｌ４の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいては、すべての画素ペアが内部反射光路長差を有する。
【０１３１】
したがって、第３の実施形態においては、全方向の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアの中で、内部反射光路長差を有する画素ペアが全体の７５％を占め、内部反射光路長の等しい画素ペアは２５％を占めている。
【０１３２】
図２４（Ａ）〜（Ｄ）には、基準画素ＰＳから図１６（Ａ）〜（Ｄ）と同じ方向に配置された第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１３３】
図２４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１３４】
以上のように第３の実施形態では、全ての方向において、基準画素ＰＳと隣接画素および第２の再隣接画素との間で（ｍ＋１／２）λの内部反射光路長差を有する画素ペアと、反射光路長が等しい画素ペアとが同数ずつ存在する。ただし、第１の再隣接画素と基準画素との間では、内部販社光路長差を有する画素ペアの数が第２の実施形態よりもさらに多い。
【０１３５】
以上のように第３の実施形態によれば、同一の透過帯域を有する画素間に位相差を生じるように内部反射光路長差を設けることにより、カラーフィルタ１４より光電変換素子１２側の部材における反射回折光のコントラストを低減させることが可能になる。反射回折光のコントラストを低減させることにより、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１３６】
なお、第１の実施形態と異なり、第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいては内部反射光路長差を有する画素ペアの方が多く、その割合は第２の実施形態より大きい。そのため、第１、第２の実施形態に比べて反射回折ゴーストの抑制効果が低い。しかし、全画素の内部反射光路長が等しい構成に比べて十分な反射回折ゴーストの抑制効果が得られる。
【０１３７】
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、通常画素と反射光路長付加画素の配置が第1の実施形態と異なる。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。
【０１３８】
図２５は、第４の実施形態の撮像素子１０における画素の配置を示す画素配置図である。図２６は、基準画素ＰＳと隣接画素との間の反射光路長差図である。図２７は、基準画素ＰＳと第１の再隣接画素との間の反射光路長差図である。図２８は、基準画素ＰＳと第２の再隣接画素との間の反射光路長差図である。
【０１３９】
図２６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１４０】
図２６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１４１】
図２７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）には、それぞれ基準画素ＰＳに対して下方向Ｌ１、右方向Ｌ２、右上方向Ｌ３、および右下方向Ｌ４の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１４２】
図２７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいては、すべての画素ペアの内部反射光路長が等しい。
【０１４３】
図２８（Ａ）〜（Ｄ）には、基準画素ＰＳから図１６（Ａ）〜（Ｄ）と同じ方向に配置された第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの２画素間での内部反射光路長差が示される。
【０１４４】
図２８（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基準画素ＰＳに対して何れの方向の第２の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいて、内部反射光路長差を有する画素ペアと、内部反射光路長の等しい画素ペアの数は等しい。
【０１４５】
以上のように第４の実施形態によれば、同一の透過帯域を有する画素間に位相差を生じるように内部反射光路長差を設けることにより、カラーフィルタ１４より光電変換素子１２側の部材における反射回折光のコントラストを低減させることが可能になる。反射回折光のコントラストを低減させることにより、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１４６】
なお、第１の実施形態と異なり、第１の再隣接画素と基準画素ＰＳとの画素ペアにおいてはすべての画素ペアの内部反射光路長が等しい。そのため、第１〜第３の実施形態に比べて反射回折ゴーストの抑制効果が低い。しかし、全画素の内部反射光路長が等しい構成に比べて十分な反射回折ゴーストの抑制効果が得られる。
【０１４７】
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、カラーフィルタ１４の構成が第１の実施形態と異なっている。以下、図２９を用いて、第１の実施形態と異なる点を中心に第５の実施形態の撮像素子を説明する。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。
【０１４８】
図２９は、ＲＹＧＢ４色の受光波長域を有する本実施形態の撮像素子１０の一部を示す画素配置図である。なお、図２９において、上述の画素配置図と同様に、斜線で示された画素と斜線の付されていない画素との間に内部反射光路長差が設けられている。
【０１４９】
第５の実施形態の撮像素子１０では、カラーフィルタ１４の分光特性によって受光波長帯域がＲＹＧＢ４色に分けられている。ＲＹＧＢ４色の受光波長域ごとに、その中央値の波長に対して、１／２λの反射光路長差を持つ画素が混在されている（図２９（Ｂ）参照）。
【０１５０】
すなわち、受光波長域６００ｎｍから７００ｎｍであるＲ画素においては３２５ｎｍの内部反射光路長差を持つＲ画素Ｒ１、Ｒ２が設けられる。また、受光波長域５３０ｎｍから６３０ｎｍであるＹ画素（イエロー）においては２９０ｎｍの内部反射光路長差を持つＹ画素Ｙ１、Ｙ２が設けられる。
【０１５１】
さらに、受光波長域４７０ｎｍから５７０ｎｍであるＧ画素においては２６０ｎｍの内部反射光路長差を持つＧ画素Ｇ１、Ｇ２が設けられる。また、受光波長域４００ｎｍから５００ｎｍであるＢ画素においては２２５ｎｍの内部反射光路長差を持つＢ画素Ｂ１、Ｂ２が設けられる。
【０１５２】
第５の実施形態の撮像素子１０を、受光波長域ごと（ＲＹＧＢごと）に見れば、第４の実施形態（図２５等参照）と同様の配置になるように、内部反射光路長差を有する画素がそれぞれ混在される。
【０１５３】
以上のように第５の実施形態によれば、ベイヤー配列と異なるカラーフィルタを有する撮像素子においても、同一の透過帯域を有する画素間に位相差を生じるように内部反射光路長差を設けることにより、カラーフィルタ１４より光電変換素子１２側の部材における反射回折光のコントラストを低減させることが可能になる。反射回折光のコントラストを低減させることにより、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制できる。
【０１５４】
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態では、カラーフィルタ１４の構成および内部反射光路長差の設け方が第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第６の実施形態の撮像素子を説明する。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。
【０１５５】
第６の実施形態の撮像素子１０における画素配置は、第５の実施例（図２９参照）と同じである。第６の実施形態では、Ｒ画素間、Ｙ画素間、Ｇ画素間、およびＢ画素間に設ける内部反射光路長差が、各受光波長域によらず、３００ｎｍで一定である。
【０１５６】
このような３００ｎｍの内部反射光路長差を、Ｒ画素の受光波長域６００ｎｍから７００ｎｍの中央波長λｒ（＝６５０ｎｍ）で表すと、およそ０．４６λｒである。同様に、３００ｎｍの内部反射光路長差をＹ画素の受光波長域５３０ｎｍから６３０ｎｍの中央波長λｙ（＝５８０ｎｍ）で表すと、およそ０．５２λｙである。
【０１５７】
同様に、３００ｎｍの内部反射光路長差をＧ画素の受光波長域４７０ｎｍから５７０ｎｍの中央波長λｇ（＝５２０ｎｍ）で表すと、およそ０．５８λｇである。同様に、３００ｎｍの内部反射光路長差をＢ画素の受光波長域４００ｎｍから５００ｎｍの中央波長λｂ（＝４５０ｎｍ）で表すと、およそ０．６７λｂである。
【０１５８】
すなわち、Ｒ画素、Ｙ画素、Ｇ画素、およびＢ画素毎に設けられる内部反射光路長差は、いずれの画素においても（ｍ＋１／２）λとはならない。しかし、このような内部反射光路長差であっても、いずれの色の画素においても位相差が設けられるので、反射回折ゴーストの発生を効果的に抑制することが可能である。
【０１５９】
このように第６の実施形態の撮像素子１０においてはすべての色において内部反射光路長差が３００ｎｍに定められるが、３００ｎｍに限定されるわけではない。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おり、反射光路長差、すなわち実質的な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λａとすると（ｍ＋１／２）λａ、例えば２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、特に２５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度であってもよい。
【０１６０】
また、第６の実施形態では、Ｒ画素、Ｙ画素、Ｇ画素、およびＢ画素それぞれに対しての内部反射光路長差が同じなので、Ｒ画素、Ｙ画素、Ｇ画素、およびＢ画素が並ぶ２×２の画素を単位画素ブロックとした画素ブロック毎に反射光路長を付加させることが可能である。画素ブロック毎に反射光路長を付加させる構成にすることにより、位相板やアレイレンズの位置ずれ等の製造誤差による悪影響を小さくすることができる。このことは、例えば、ベイヤー配列においては、Ｇ画素に適した配置を２組ずらして配置することで実現できる。
【０１６１】
次に、第７〜第１０の実施形態について説明する。第７〜第１０の実施形態では、図３０に示すように、通常画素と反射光路長付加画素の配置が第1の実施形態と異なる。ただし、第７〜第１０の実施形態では、第１の実施形態と同じく、基準画素ＰＳと、全ての隣接画素および全ての第１、第２の再隣接画素との間で、内部反射光路長差を有する画素ペアと、反射光路長が等しい画素ペアとが同数ずつ存在する。したがって、第１の実施形態と同等の反射回折ゴーストの抑制効果が得られる。
【０１６２】
次に、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態では、画素間における内部反射光路長差の設け方が、第１の実施形態と異なる。以下、図３１を用いて、第１の実施形態と異なる点を中心に第１１の実施形態の撮像素子を説明する。図３１は、第１１の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。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。
【０１６３】
第１１の実施形態では、カラーフィルタ１４の厚さを画素毎に変えることにより、内部反射光路長差が設けられる。図３１に示すように、第１画素１０１におけるカラーフィルタ１４の厚みと第２、第３画素１０２、１０３におけるカラーフィルタ１４の厚みの差１４Ｄに、カラーフィルタ１４の屈折率と空気の屈折率との差を乗じて２倍した値の内部反射光路長差が、第１画素１０１と第２、第３画素１０２、１０３との間に設けられる。なお、カラーフィルタ１４とマイクロレンズ１６との間に、空気ではなく液体や樹脂が充填されている場合、空気の屈折率の代わりに液体や樹脂の屈折率を用いて内部反射光路長差が設けられる。
【０１６４】
以上のように第１１の実施形態によれば、マイクロレンズ１６でなくカラーフィルタ１４の厚さを画素毎に変えることにより、異なる画素間に内部反射光路長差を設けることが可能である。したがって、第１の実施形態と同様に、反射回折ゴーストの発生を抑制可能である。
【０１６５】
次に、第１２の実施形態について説明する。第１２の実施形態では、画素間における内部反射光路長差の設け方が、第１の実施形態と異なる。以下、図３２を用いて、第１の実施形態と異なる点を中心に第１２の実施形態の撮像素子を説明する。図３２は、第１２の実施形態における撮像素子１０を示す断面図である。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。
【０１６６】
図３２に示すように、第１２の実施形態では、一部の画素、例えば第１画素１０１において、光電変換素子１２の受光面１２Ｓ側に板状部材１８が設けられる。板状部材１８を設けることにより内部反射光路長差が付加される。したがって、第１〜第１０の実施形態における反射光路長付加画素と同じ位置の画素における光電変換素子１２にのみ、板状部材１８が配置される。
【０１６７】
なお、板状部材１８の厚さに、板状部材１８の屈折率と空気の屈折率との差を乗じて２倍した値の内部反射光路長差が、第１画素１０１と第２、第３画素１０２、１０３との間に設けられる。
【０１６８】
また、内部反射光路長差を付加する部材の配置場所は、撮像素子１０の内部のみに限定されない。例えば、図３３に示す第１３の実施形態のように、マイクロレンズアレイの前方に、画素毎に異なる光路長を付加する光路長差付加素子である位相板２０などを配置しても良い。
【０１６９】
第１３の実施形態の撮像素子１０においては、第１の実施形態と異なり、アレイレンズ１６の厚さが画素によらず一定である。また、第１の実施形態と異なり、位相板２０が設けられる。
【０１７０】
位相板２０は、アレイレンズ１６に比べて光電変換素子１２から離れた位置に設けられる。位相板２０は、画素領域毎に２種類の厚さのいずれかの厚さになるように形成される。また、位相板２０は平面と凹凸面を有し、凹凸面が光電変換素子２０側に向けられる。位相板２０を設けることにより、画素間に内部反射光路長差が設けられる。
【０１７１】
なお、位相板２０の凹凸面における頂点を通る光電変換素子１２に平行な面である第２の面Ｐ２、すなわち凸部２０Ｅを通る平面から、光電変換素子１２の受光面までの光路長はいずれの画素においても等しい。したがって、内部反射光路長差は、仮想平面Ｐ１から第２の面Ｐ２までの光路長の差を２倍することにより算出される。
【０１７２】
第１画素１０１における仮想平面Ｐ１から第２の平面Ｐ２までの光路長ＲＤ１×１／２は、（ｄ０×１）＋（ｄ１×ｎ１）によって算出される。また、第２画素１０２における仮想平面Ｐ１から第２の平面までの光路長ＲＤ２×１／２は、（ｄ０×１）＋（ｄ’１×ｎ１）＋（ｄ’２×１）によって算出される。ｄ’１＋ｄ’２＝ｄ１であることから、第１、第２画素１０１、１０２間の内部反射光路長差（ＲＤ１−ＲＤ２）は、ｄ２’×（ｎ１−１）である。
【０１７３】
以上のように第１３の実施形態によれば、位相板２０を設けることにより、異なる画素間に内部反射光路長差を設けることが可能である。したがって、第１の実施形態と同様に、反射回折ゴーストの発生を抑制可能である。
【０１７４】
なお、撮像素子１０の内部構造によっては、例えば乱反射が多く発生する等の理由から、アレイレンズ１６より内部において反射光路長の付加が容易に行えない場合がある。そのような構成の撮像素子１０であっても、本実施形態の構成によれば画素間に内部反射光路長差を設けることが可能である。
【０１７５】
なお、第１〜第１３の実施形態では、光電変換素子１２における反射光による回折ゴーストを抑制する効果が得られるが、光電変換素子１２における反射に限られない。光路長を変化させる素子、例えばアレイレンズ（第１〜第１０の実施形態）、カラーフィルタ（第１１の実施形態）、板状部材（第１２の実施形態）、および位相板（第１３の実施形態）と光電変換素子１２との間に設けられる配線層（図示せず）などの撮像素子１０内部の部材の表面または内面で生じる反射光に起因した反射回折ゴーストを抑制することも可能である。
【０１７６】
また、第１〜第１０の実施形態のように、アレイレンズの厚さを変えることにより、光電変換素子表面１２における反射光だけでなく、アレイレンズの内面で生じる反射光に起因した反射回折ゴーストを抑制する効果も同時に得ることが可能である。
【０１７７】
マイクロレンズの厚さの異なる画素間において、仮想平面Ｐからアレイレンズの内面を反射して再び仮想平面Ｐに戻るまでの反射内面光路長の差である内面反射光路長差は、内部反射光路長差と等しい。それゆえ、マイクロレンズの厚さを画素によって変えることにより、内部反射光路長差とともに内面反射光路長差が設けられるからである。
【０１７８】
なお、マイクロレンズ１６の厚さが同じであっても光電変換素子１２からアレイレンズ１６の表面または内面までの距離の少なくとも一方を変えることにより、内面光路長差は形成される。
【０１７９】
また、第１〜第１０の実施形態のように光電変換素子１２からアレイレンズ１６の表面までの距離を変えることにより、光電変換素子１２における反射のように内部反射による反射回折ゴーストを抑制する効果が得られるが、反射回折ゴーストの抑制効果は内部反射に限られない。
【０１８０】
光電変換素子１２からアレイレンズ１６の表面までの距離を変えることにより、仮想平面Ｐからアレイレンズの表面を反射して再び仮想平面Ｐに戻るまでの反射表面光路長の差である表面反射光路長差も設けられる。したがって、アレイレンズ１６の表面における反射による反射回折ゴーストを抑制することも可能である。
【０１８１】
また、カラーフィルタの配列は、第１〜第１３の実施形態に限定されない。ベイヤー配列以外の配列の撮像素子において、基準画素と、隣接画素ないし再隣接画素との間に内部反射光路長差を有する画素を混在させても良い。
【０１８２】
ただし、特定の色の画素の配置が上下左右に行列状に配置されていない場合には、特定の色の画素に最も近い画素のみを隣接画素として光路長を付加すればよい。例えば、図３４に示すような配列では、Ｒ画素、Ｂ画素それぞれに関しては、同一の行において左方向または右方向にＲ画素、Ｂ画素が配置される。
【０１８３】
このような場合には、最も近接する２画素間でのみ光路長差の付加を判別すればよい。例えば、互いに近接するＲ画素Ｒ１、Ｒ２を互いに隣接画素として第１〜第１３の実施形態のように内部反射光路長差を設ければよい。Ｒ画素Ｒ１、Ｒ２の一方と、Ｒ画素Ｒ１、Ｒ２から離れた位置のＲ画素の間では、内部反射光路長差を設けなくてよい。ただし、第１〜第４の実施形態のように、Ｒ画素Ｒ１、Ｒ２から離れた位置のＲ画素を再隣接画素として、Ｒ画素Ｒ１、Ｒ２の一方と内部反射光路長差を設けてもよい。なお、Ｂ画素Ｂ１、Ｂ２もＲ画素と同様に配置すればよい。
【０１８４】
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、カラー撮像素子でなくモノクロ撮像素子に上述の実施形態を適用しても良い。カラー撮像素子の場合にはＲ画素、Ｇ画素、およびＢ画素毎に第１〜第４の実施形態に示すような画素ユニットを形成するように反射光路長付加画素が配置されるが、モノクロ撮像素子の場合には全画素を対象として第１〜第４の実施形態に示すような画素ユニットを形成するように反射光路長付加画素が配置されればよい。
【０１８５】
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。なお、積層型撮像素子においても、全画素を対象として第１〜第４の実施形態に示すような画素ユニットを形成するように反射光路長付加画素が配置されればよい。
【０１８６】
なお、積層型撮像素子は、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。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。
【０１８７】
撮像素子１０の画素間における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、内部反射光路長差は（ｍ＋１／２）λには限定されない。
【０１８８】
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１６などを形成してもよい。
【０１８９】
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が前述の内部反射光路長差となるようにアレイレンズ１６などを形成してもよい。
【０１９０】
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が前述の内部反射光路長差となるようにアレイレンズ１６などを形成しても良い。
【０１９１】
なお、内部反射光路長差として好ましい値は、例えば（ｍ＋１／２）λであって、ｍは整数であればよい。しかし、不必要に内部反射光路長を大きくすると、誤差の増大などを生じる恐れがある。したがって、ｍの絶対値が極端に大きくないことが好ましい。例えば、ｍの値は−２以上２以下の整数であることが好ましい。
【０１９２】
また、第１の実施形態のように、画素ユニット中の基準画素ＰＳと、隣接画素、および第１、第２の再隣接画素との間で、（ｍ＋１／２）λの反射光路長差を有する画素ペアの数と反射光路長の等しい画素ペアの数とが等しいことが好ましい。
【０１９３】
しかし、第２〜第４の実施形態のように、位相差を生じさせる反射光路長差を有する画素ペアと同じ内部反射光路長を有する画素ペアの数が異なっていても、全画素の内部反射光路長差が同じ撮像素子に比べて、反射回折ゴーストの影響を低減化することは可能である。
【実施例】
【０１９４】
次に、反射光路長付加画素の配置による回折ゴースト抑制の効果を、図３５〜図３９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。
【０１９５】
第１〜第４の実施例では、それぞれ第１〜第４の実施形態と同じように、通常画素と反射光路長付加画素が配置される。また、第１の比較例では、全画素間に位相差が生じないように、全画素の内部反射光路長が等しい。
【０１９６】
図３５〜図３８は、第１〜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３９は第１の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】
なお、第１の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４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。
【０１９８】
【表１】
2011030213.tif 000003
【０１９９】
図３５〜図３９および表１に示すように、第１〜第４の実施例のコントラストは第１の比較例に比べて大幅に低かった。したがって、第１〜第４の実施例のように、基準画素と隣接画素との画素ペアにおいて内部反射光路長差が設けられた画素ペアと、同じ内部反射光路長である画素ペアとの数が等しくなるように配置を定めることにより、コントラストの低下効果が得られることが分かる。
【０２００】
回折光ＤＬの一部について回折光の進行方向を変化させ、いわゆる０．５次方向に進む回折光を約半数混在させることにより、見かけ上の回折角が第１の比較例の１／２になり、回折光全体のコントラストが低下する、と考えられる。また、隣接画素は基準画素ＰＳに最も近い画素であるため、基準画素ＰＳと隣接画素のいずれか１つとの間で生じる回折光ＤＬの回折光の方向を変化させることが、コントラスト低減に大きく寄与する、と考えられる。
【０２０１】
図３５〜図３８および表１に示すように、第１の実施例のコントラストが最も低く、第２〜第４の実施例の順番でコントラストが高くなった。
【０２０２】
基準画素と第１、第２の再隣接画素との画素ペアにおいて内部反射光路長差を有する画素ペアの全画素ペアに対する割合は、第１〜第４の実施例で、５０％、５６．２％、６２．５％、２５％であり、５０％からの差の絶対値が０％、６．２％、１２．５％、２５％である。したがって、基準画素と第１、第２の再隣接画素との画素ペアにおける内部反射光路長差を有する画素ペアの割合が５０％に近付くほど、コントラストの低下効果が得られることが分かる。
【０２０３】
回折光の干渉は、基準画素と隣接画素との間だけでなく基準画素と再隣接画素との間でも生じる。それゆえ、基準画素と隣接画素との画素ペアだけでなく、基準画素と再隣接画素との画素ペアにおいても、内部反射光路長差を有する画素ペアの割合を５０％に近付けるほど、コントラストの低下効果が大きくなると考えられる。
【０２０４】
なお、基準画素と第２の再隣接画素との画素ペアにおいても内部反射光路長差を有する画素ペアの数が全体の画素ペア数の５０％を占めることが好ましいと、考えられる。
【０２０５】
ただし、上述の実施例においては、コントラストの大幅な低減が確認されている。このため、第１の再隣接画素、あるいは第２の再隣接画素の少なくとも一部の画素との間で、反射光路長差を有する画素ペアと反射光路長差のない画素ペアとを単に混在させるだけでも効果が得られると考えられる。
【０２０６】
また、少なくとも、第１、第２の再隣接画素に対して反射光路長差のある画素ペアを全画素ペア数に対して２５〜７５％の範囲で混在させると、コントラストを十分に低減可能であることは、上述の実施例の第１の再隣接画素の結果より明らかである。
【０２０７】
次に、内部反射光路長差を受光波長域毎に変えずに一定とした場合であっても反射回折ゴーストの抑制効果が得られることを第５、第６の実施例、および第２の比較例により説明する。
【０２０８】
第５、第６の実施例では、それぞれ第５、第６の実施形態と同じカラーフィルタが用いられ、同じように通常画素と反射光路長付加画素とが色毎に配置される。第２の比較例では、第５、第６の実施例と同じカラーフィルタを用いて、全画素の内部光路長が等しい。
【０２０９】
第２の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５、第６の実施例のコントラストの相対値を算出した。なお、第６の実施例に関しては、色毎にコントラストの相対値を算出した。第５の実施例のコントラストの相対値は、０．２８８であった。第６の実施形態においてＲ画素、Ｙ画素、Ｇ画素、およびＢ画素のコントラスト値は、それぞれ０．３２２、０．３１１，０．３５７、および０．４８３であった。
【０２１０】
第５、第６の実施例における相対的なコントラスト値を比較すると、異なる受光波長域に対して内部反射光路長差を一定にすると、コントラストの低減効果が減少することが分かる。ただし、第６の実施例と第２の比較例における相対的なコントラスト値を比較すると、異なる受光波長域に対して内部反射光路長差が一定であっても十分なコントラストの低減化効果を有することが分かる。
【符号の説明】
【０２１１】
１０  撮像素子
１２  光電変換素子
１２Ｓ  受光面
１４  カラーフィルタ
１６  アレイレンズ
１８  板状部材
２０  位相板
１０１〜１０３  第１〜第３画素
Ｌ  入射光
Ｌ１〜Ｌ４  配列線
【図１】
2011030213.tif 000004
【図２】
2011030213.tif 000005
【図３】
2011030213.tif 000006
【図４】
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【図５】
2011030213.tif 000008
【図６】
2011030213.tif 000009
【図７】
2011030213.tif 000010
【図８】
2011030213.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2011030213.tif 000013
【図１１】
2011030213.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011030213.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2011030213.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2011030213.tif 000029
【図２７】
2011030213.tif 000030
【図２８】
2011030213.tif 000031
【図２９】
2011030213.tif 000032
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2011030213.tif 000040
【図３８】
2011030213.tif 000041
【図３９】
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