(57)【要約】【課題】光電変換部に効率よく集光する。【解決手段】固体撮像素子は、中心に対して回転対称な形状を有するマイクロレンズと、マイクロレンズを透過した光を受光して電気信号に変換する光電変換部とを備え、マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、マイクロレンズは、直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、第１の底面部位からマイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｄを、第２の底面部位からマイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｈの約２．１倍とした。【選択図】図１
2019134170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に対して回転対称な形状を有するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを透過した光を受光して電気信号に変換する光電変換部とを備え、
前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、
前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端
近傍の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、
前記第１の底面部位から前記マイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｄを、前記
第２の底面部位から前記マイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｈの約２．１倍と
した
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記マイクロレンズは、前記入射光を前記光電変換部の表面上の一点に集光することを
特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像素子において、
前記第２の底面部位から前記光電変換部までの距離をＬ、前記第１の底面部位における
前記マイクロレンズの曲率半径をＲｄ、前記第２の底面部位における前記マイクロレンズ
の曲率半径をＲｈとしたとき、
２．３≦（Ｌ＋Ｌｄ−Ｒｄ）／（Ｌ＋Ｌｄ−Ｒｈ）×Ｌｄ／Ｌｈ≦２．６
の関係を満たすことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記マイクロレンズの屈折率は、１．５５〜１．７であることを特徴とする固体撮像素
子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子において、
二次元状にギャップレス配列された複数の前記マイクロレンズを備えることを特徴とす
る固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体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、固体撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型などの固体撮像素子を用いたビデオカメラや電子カメラが
広く一般に普及している。固体撮像素子は画素が受ける光を電気信号に変換する光電変換
部を有し、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素の光電変換部の電気信号を読み
取るための信号線などが光電変換部の周りに配置されている。固体撮像素子を用いたビデ
オカメラや電子カメラの撮影レンズによって入射される被写体からの光は、マトリクス状
に配置された画素に結像され、光電変換部によって電気信号に変換される。
【０００３】
しかし、画素に結像された光は、信号線などによって必ずしも全ての光が光電変換部に
入射されるわけではないので、各画素に光が入射する側にマイクロレンズをマトリクス状
に配置して、無駄になっていた光をマイクロレンズによって光電変換部に集光させる技術
が使われ、特許文献１に記載されている。
また、通常のマイクロレンズは半球形に形成され、その平面形状は円形型であるが、画
素の平面形状は四角形型が一般的で、画素の形状とマイクロレンズの平面形状が必ずしも
一致せず、光電変換部に十分に集光されない領域ができてしまう。これを防止するために
、マイクロレンズの平面形状を四角形型にしたり、画素の形状とマイクロレンズの平面形
状を多角形型にする技術が特許文献２に記載されている。
更に、例えば四角形型のように、レンズ端までの直線距離が異なる平面形状のマイクロ
レンズにおいて、直線距離が相対的に長い位置のレンズ端近傍のマイクロレンズの高さを
そうでない位置のマイクロレンズの高さよりも大きくすることで、集光率を高める技術が
特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−５９７５２号公報
【特許文献２】特開平５−３２６９１３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００７／００７４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロレンズを有する固体撮像素子において、固体撮像素子の画素の形状が四角形型
であるのに対して、マイクロレンズの平面形状は円形型に形成されるのが一般的で、光電
変換部に効率よく集光することは難しいという課題があった。これを解決するために、画
素の形状とマイクロレンズの平面形状を多角形型に形成する方法が考えられているが、現
実的には設計や製造が容易ではない。また、マイクロレンズの平面形状を単に四角形型に
しただけでは必ずしも光電変換部への集光率が改善されるとは限らないという課題がある
。
【０００６】
この従来の技術の課題について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は一般的な固体
撮像素子を上方から見た時の平面図で、７０１は従来の技術による四角形型のマイクロレ
ンズ、１１１はフォトダイオードなどの光電変換部、１１０はマトリクス状に区切られた
それぞれの画素、Ａは画素１１０の対向する辺の中心を結ぶ水平方向に切断する水平断面
位置、Ｂは画素１１０を対角方向に切断する対角断面位置をそれぞれ示している。図１０
（ｂ）および（ｃ）は、図１０（ａ）における水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂで切
断した時のマイクロレンズ７０１と光電変換部１１１の断面形状および集光イメージを示
した図で、３０９は入射光、Ｌｈはマイクロレンズ７０１の厚さである。
【０００７】
ここで、光電変換部１１１の対角線の長さは各辺の長さより長いので、図１０（ｃ）の
マイクロレンズ７０１の対角断面形状は図１０（ｂ）のマイクロレンズ７０１の水平断面
形状より長くなり、光電変換部１１１も対角断面位置Ｂで切断した図１０（ｃ）の方が長
くなる。
ところが、レンズの厚さＬｈが同じである場合、図１０（ｂ）のマイクロレンズ７０１
の水平断面形状で効率良く光電変換部１１１に集光できるようにすると、図１０（ｃ）の
マイクロレンズ７０１の対角断面形状では曲率半径が大きくなってしまうので、光電変換
部１１１に十分に集光することが難しくなる。
【０００８】
特許文献３に記載の発明は、このような問題を解決するためのものであったが、ただマ
イクロレンズの高さを変えただけでは、マイクロレンズへの入射光を画素内の一点に集光
するには不十分であるという課題があった。
本発明の目的は、画素１１０の形状が四角形型であってもマイクロレンズへの入射光を
画素内の一点に集光させることができる固体撮像素子およびその固体撮像素子を備えた撮
像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の固体撮像素子は、中心に対して回転対称な形状を有するマイクロレン
ズと、前記マイクロレンズを透過した光を受光して電気信号に変換する光電変換部とを備
え、前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、前
記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍
の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、前記第１の底
面部位から前記マイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｄを、前記第２の底面部位
から前記マイクロレンズの頂点までの垂直方向の高さＬｈの約２．１倍としたことを特徴
とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、画素の形状が四角形型であっても、四隅の集光率が改善され
て良好な集光率を得ることができるマイクロレンズを実現できるので、同じ光量でも光電
変換部からの信号出力が増大し、固体撮像素子の感度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の撮像装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の画素単位６０の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のマイクロレンズの形状を説明するための補助図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のマイクロレンズの製造方法を説明する説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のマイクロレンズの形状を説明する説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の撮像装置の構成を説明する説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子の構成を説明する説明図である。
【図９】レンズ厚さが厚い場合の集光の様子を示す補助図である。
【図１０】従来の技術による画素単位６０の構成を示す説明図である。
【図１１】従来の技術によるマイクロレンズ８０１の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示すブロック図であ
る。撮像装置１０は、撮影光学系１１、画像処理部１３、表示部１５、および接眼レンズ
１６を備える。撮影光学系１１は、被写体像を固体撮像素子１の撮像面に結像させる。固
体撮像素子１は、その被写体像を撮像し、撮像信号を出力する。画像処理部１３は、撮像
信号に種々の画像処理を施すことにより、被写体の画像データを作成する。表示部１５は
、画像処理部１３により作成された画像データに基づき、被写体の画像を表示する。撮影
者は、接眼レンズ１６を介して、表示部１５により表示された画像を視認することができ
る。
【００１３】
図２は、固体撮像素子１を上方から見た時の様子を示す平面図である。図２において、
１は固体撮像素子、２は埋め込みフォトダイオードなどからなる光電変換部、３は光電変
換部２で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ、４は垂直ＣＣＤ３から送
られてくる信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤ、５は出力アンプ、６は画素、６０
は集光される領域から見た画素単位をそれぞれ示している。また、２には示されていない
が、光電変換部２の上部には平坦層を介してマイクロレンズが配置されている。
【００１４】
画素６は、光電変換部２、垂直ＣＣＤ３の一部、マイクロレンズ等を有し、２次元状に
複数が配置されている。但し、マイクロレンズは、その中心が光電変換部２の中心と同一
になるように配置される。したがって、画素単位は、集光される領域から定義すると符号
６０の領域となる。尚、ここでは理解し易いように画素単位を長方形状として表したが、
実際には正方形状であり、以降の図面では、集光される正方形状の領域を画素単位として
表している。
【００１５】
垂直ＣＣＤ３の電荷の転送を制御するための電極は、一般的なＣＣＤ型固体撮像素子と
同様に、第１のポリシリコン電極（図示せず）と、第２のポリシリコン電極（図示せず）
とで構成されている。また、固体撮像素子１は、駆動パルス等を発生するための周辺回路
なども有しているが、本発明の主要な部分ではないので図では省略している。
尚、本発明はＣＣＤ型の固体撮像素子に限定されるものではなく、ＣＭＯＳ型やその他
の固体撮像素子においても、本発明の効果は変わらない。
【００１６】
次に、図３は図２における画素単位６０を詳しく描いた図で、図３（ａ）は画素単位６
０を上方から見た時の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）における水平断面位置Ａで切断し
た時の画素単位６０の水平断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）における対角断面位置Ｂで切
断した時の画素単位６０の対角断面図をそれぞれ示す。
【００１７】
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、１０１はマイクロレンズ、１０２はマイク
ロレンズ１０１の下の平坦層、１０３はカラーフィルタ、１０４は電源配線を兼ねた遮光
膜、１０５は配線、１０６は遮光膜、１０７は半導体基板、１０８は光電変換部１１１と
カラーフィルタ１０３との間の平坦層、１０９は平坦層１０２の凹面部、Ｌｈは平坦層１
０２の凹面部１０９以外の部分でのマイクロレンズの厚さ、Ｌｄは平坦層１０２の凹面部
１０９でのマイクロレンズ１０１の厚さ、Ｗｈは平坦層１０２の凹面部１０９以外の部分
の厚さ、Ｗｄは平坦層１０２の凹面部１０９の厚さ、Ｌは平坦層１０２の凹面部１０９以
外の部分の表面から光電変換部１１１の表面までの厚さ（すなわちマイクロレンズ１０１
から光電変換部１１１までの距離）、Ｍは画素ピッチ、Ｒｈは水平断面位置Ａにおけるマ
イクロレンズ１０１の曲率半径、Ｒｄは対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ１０１の
曲率半径、Ｇｈは平坦層１０２の凹面部１０９でのマイクロレンズ１０１間のギャップ、
Ｇｄは平坦層１０２の凹面部１０９でのマイクロレンズ１０１間のギャップをそれぞれ示
している。
【００１８】
図３において、図３（ｂ）の水平断面位置Ａの場合は、マイクロレンズ１０１は厚さＬ
ｈのレンズとして作用する。一方、図３（ｃ）の対角断面位置Ｂの場合は、平坦層１０２
およびマイクロレンズ１０１の四隅において、平坦層１０２は、厚さＷｈより薄いＷｄに
なっている。そのため、マイクロレンズ１０１はＬｈより厚いＬｄのレンズとして作用す
る。
【００１９】
尚、マイクロレンズ１０１は例えばフォトレジストで、平坦層１０２は例えばアクリル
系の樹脂などで形成されるので、屈折率はほぼ同じで、マイクロレンズ１０１と平坦層１
０２は一体となったレンズと見なせる。
【００２０】
ここで、水平断面位置Ａと対角断面位置Ｂとでマイクロレンズ１０１の厚さが異なるこ
とによる効果を図１０および図９を用いて詳しく説明する。従来の技術の説明で、図１０
（ｂ）および（ｃ）のレンズの厚さがＬｈの場合の集光の様子について述べたが、図９は
レンズの厚さがＬｈより厚いＬｄのマイクロレンズ１２１にした場合の集光の様子を示し
ている。図９（ａ）は厚さがＬｄのマイクロレンズ１２１の水平断面形状、図９（ｂ）は
厚さがＬｄのマイクロレンズ１２１の対角断面形状をそれぞれ示し、図１０と同符号のも
のは図１０と同じものを示している。
【００２１】
従来の技術では、図１０（ｂ）のように水平断面形状で効率良く集光するようにマイク
ロレンズ７０１の厚さをＬｈにすると、図１０（ｃ）のように対角断面形状での集光が悪
くなることを説明した。今度は、図９（ｂ）のように対角断面形状で効率良く集光できる
ようにマイクロレンズ１２１の厚さをＬｈより厚いＬｄにすると、曲率半径Ｒｄが小さく
なり過ぎて、図９（ａ）のように水平断面形状での集光が悪くなってしまい、光電変換部
１１１に入射光３０９を十分に集光させることができなくなってしまう。
【００２２】
ところが、図３の本発明の第１の実施形態の場合は、水平断面位置Ａでは図１０（ｂ）
の厚さＬｈのマイクロレンズ７０１として作用し、対角断面位置Ｂでは図９（ｂ）の厚さ
Ｌｄのマイクロレンズ１２１として作用するので、水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂ
の何れであっても図１０（ｂ）と図９（ｂ）に示すような良好な集光状態を実現すること
ができる。
【００２３】
本実施形態において、平坦層１０２の凹面部１０９でのマイクロレンズ１０１の厚さＬ
ｄは、平坦層１０２の凹面部１０９以外の部分でのマイクロレンズ１０１の厚さＬｈの約
２．１倍に設定されている。つまり、凹面部１０９では、平坦層１０２がＬｈの１．１倍
程度薄くなっている。マイクロレンズ１０１の厚さをこのような関係とすることで、マイ
クロレンズ１０１への入射光が画素内の一点に集光されるようになる。つまり、マイクロ
レンズ１０１の集光性が、例えば図９や図１０に示したマイクロレンズ１２１やマイクロ
レンズ７０１に比べて格段に向上する。
【００２４】
なお、ここで約２．１倍と称したが、上記の効果を奏することができるのであれば、厳
密に２．１倍に合致していなくてもよい。例えば製造誤差等により２．１倍から若干のず
れが生じることも考えられるが、そのような誤差が存在する構成も本発明に含まれる。
【００２５】
また、従来の技術では、図１０（ｃ）、図９（ｂ）のように、対角方向におけるマイク
ロレンズ間ギャップＧｄを十分に小さくすることができなかった。つまり、二次元状に配
列された多数のマイクロレンズ７０１やマイクロレンズ１２１において、対角方向に比較
的大きな隙間が生じていた。この隙間への入射光は集光できないため、集光効率の低下を
招いていた。
【００２６】
これに対し、図３の本発明の第１の実施形態の場合は、ＬｄをＬｈの約２．１倍に設定
したため、対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ１０１の端部（裾部）の平坦層１０２
への落ち込み角度を垂直に近くすることができるので、対角断面位置Ｂにおけるマイクロ
レンズ間ギャップＧｄを極めて小さくすることができる。すなわち、本発明の第１の実施
形態では、マイクロレンズ１０１をギャップレス配列する（隙間なく配列する）ことがで
き、集光効率を更に高めることができる。また、このようなマイクロレンズ１０１の形状
は、画素サイズの微細化に資するものであり、より高解像度の固体撮像素子を製造するこ
とが可能となる。
【００２７】
例えば、画素ピッチＭを約６．４５μｍとしたとき、水平断面位置Ａにおけるマイクロ
レンズ間ギャップＧｈを０．１０μｍ以下、対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ間ギ
ャップＧｄを０．２５μｍ以下にすることができる。このとき、ギャップＧｄは画素ピッ
チＭの４％以下という小さな値であり、マイクロレンズ１０１は水平方向のみならず、対
角方向についてもギャップレスであるということができる。
【００２８】
本実施形態では、更に、厚さＬｈと、厚さＬｄと、マイクロレンズ１０１から光電変換
部１１１までの距離Ｌと、水平断面位置Ａにおけるマイクロレンズ１０１の曲率半径Ｒｈ
と、対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ１０１の曲率半径Ｒｄとが、次式（１）に示
す関係を満たすように設定されている。なお、マイクロレンズ１０１の屈折率ｎは、約１
．５５〜１．７の範囲に設定されているものとする。
２．３≦（Ｌ＋Ｌｄ−Ｒｄ）／（Ｌ＋Ｌｄ−Ｒｈ）×Ｌｄ／Ｌｈ≦２．６  …（１）
【００２９】
固体撮像素子１を上式（１）の関係が成り立つように構成することで、マイクロレンズ
１０１への入射光が、ちょうど光電変換部１１１の表面上の一点に集光されるようになり
、マイクロレンズ１０１の集光性を更に高めることが可能となる。
【００３０】
ここで、本発明のマイクロレンズ１０１の形状を図４（ａ）の斜視図に示す。図４（ｂ
）のマイクロレンズ２０１は先に説明したマイクロレンズ１０１の四隅の角を丸くしたも
ので、四隅近傍のレンズ効果はほとんど変わらないので、このような形状でも同様の効果
が得られる。
【００３１】
また、本実施形態では、平坦層１０２を厚さＷｈと厚さＷｄの二段構成にしたが、多段
階にしても良いし、連続的に傾斜を設けても同様の効果が得られる。このような形状は、
エッチングなど従来から知られる一般的な工法によって実現することができ、例えば第１
の実施形態の場合は、予めＷｈの厚さの平坦層１０２を形成した後で中央部分をマスクし
て周囲をエッチングによって除去すれば加工できるし、この工程を繰り返せば多段階に加
工することもできる。また、平坦層１０２を、厚い一つの平坦層として加工するのではな
く、それぞれの段で平坦層を形成するように加工して、積層させて二段以上の平坦層とし
てもよい。マイクロレンズ１０１に関しても、従来から知られる工法によって実現するこ
とができ、例えば第１の実施形態の場合は、ＷｈとＷｄの厚さを有する平坦層１０２を加
工後に、フォトレジストなどによるマイクロレンズ１０１の元になる層を平坦層１０２に
被せ、リフローなどによって熱を掛けると、平坦層１０２の低くなっているＷｄの部分に
垂れて回り込むことでマイクロレンズ１０１を形成することができる。
【００３２】
このように、本発明の固体撮像素子は、画素の形状が四角形型であっても、四隅の集光
率が改善されて良好な集光率を得ることができる固体撮像素子を提供できるので、同じ光
量でも光電変換部からの信号出力が増大し、固体撮像素子の感度を向上することが可能と
なる。特に、マイクロレンズへの入射光を画素内の一点に集光させることができることか
ら、従来に比べて更なる集光率の向上を図ることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第１の実施
形態と同一の箇所については第１の実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
本実施形態の撮像装置は、第１の実施形態に係る撮像装置１０の固体撮像素子１を、こ
れとは異なる固体撮像素子１ａに置き換えた構成を有する。以下、この固体撮像素子１ａ
について詳述する。
【００３５】
固体撮像素子１ａは、いわゆるダブルレンズ方式でマイクロレンズを形成した固体撮像
素子である。周知のように、ダブルレンズ方式では、カラーフィルタをフォトリソグラフ
ィ等により形成した後、平坦化膜を塗布し、二次元状に配列される多数のマイクロレンズ
を、千鳥配列上に、１画素おきに形成する。
【００３６】
図５はこのときの固体撮像素子１ａを上方から見た様子を模式的に示した平面図である
。本実施形態の固体撮像素子１ａを製造する際には、フォトリソグラフィ等により、まず
マイクロレンズ３０１ａを形成する。このとき、マイクロレンズ３０１ａの上下左右に隣
接するマイクロレンズ３０１ｂは、まだ形成しない。つまり、ダブルレンズ方式では、マ
イクロレンズ３０１ａを、１つおきに（いわゆる千鳥配列で）形成する。その後、各マイ
クロレンズ３０１ａの間に、マイクロレンズ３０１ｂを形成する。
【００３７】
図６は、本実施形態の画素単位を詳しく描いた図で、図６（ａ）は水平断面位置Ａで切
断した時の画素単位の水平断面図、図６（ｂ）は対角断面位置Ｂで切断した時の画素単位
の対角断面図である。
【００３８】
本実施形態においても、対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ３０１の厚さＬｄは、
水平断面位置Ａにおけるマイクロレンズ３０１の厚さＬｈの約２．１倍に設定されている
。マイクロレンズ３０１の厚さをこのような関係とすることで、マイクロレンズ３０１へ
の入射光が画素内の一点に集光されるようになる。つまり、マイクロレンズ３０１の集光
性が、例えば図９や図１０に示したマイクロレンズ１２１やマイクロレンズ７０１に比べ
て格段に向上する。
【００３９】
図１１は、従来のダブルレンズ方式により形成されたマイクロレンズ８０１を詳しく描
いた図で、図１１（ａ）は水平断面位置Ａで切断した時の画素単位８６０の水平断面図、
図１１（ｂ）は対角断面位置Ｂで切断した時の画素単位８６０の対角断面図である。従来
の技術では、マイクロレンズ８０１の厚さが水平断面位置Ａと対角断面位置Ｂとで同一で
あることに起因して、マイクロレンズ間ギャップＧｄを十分に小さくすることができなか
った。つまり、二次元状に配列された多数のマイクロレンズ８０１において、対角方向に
比較的大きな隙間が生じていた。この隙間への入射光は集光できないため、集光効率の低
下を招いていた。また、マイクロレンズ８０１の端部（裾部）は平坦部に対する角度が極
めて小さく、レンズ効果を得られない状態であるため、実質的なマイクロレンズ間ギャッ
プＧｄは更に大きくなってしまっていた。
【００４０】
これに対し、図６の本発明の第２の実施形態の場合は、ＬｄをＬｈの約２．１倍に設定
したため、対角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ３０１の端部（裾部）の平坦層への落
ち込み角度を従来に比べて大きくすることができるので、対角断面位置Ｂにおけるマイク
ロレンズ間ギャップＧｄを従来よりも小さくすることができる。すなわち、本発明の第２
の実施形態では、マイクロレンズ３０１をギャップレス配列する（隙間なく配列する）こ
とができ、集光効率を更に高めることができる。
【００４１】
また本実施形態の固体撮像素子１ａも、上式（１）に示す関係を満たすように形成され
ている。そのため、マイクロレンズ３０１への入射光が、ちょうど光電変換部１１１の表
面上の一点に集光されるようになり、マイクロレンズ３０１の集光性を更に高めることが
可能となる。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。なお、以下の説明では、第１
の実施形態と同一の箇所については第１の実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略
する。
【００４３】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示すブロック図であ
る。撮像装置２０は、第１の実施形態と同様の撮影光学系１１、画像処理部１３、表示部
１５、および接眼レンズ１６に加えて、更にレンズ駆動部１２および焦点検出部１４を備
える。焦点検出部１４は、固体撮像素子１ｂから出力される焦点検出信号に基づいて撮影
光学系１１の焦点調節状態を検出する。レンズ駆動部１２は、焦点検出部１４により検出
された焦点調節状態に基づいて、撮影光学系１１に含まれるフォーカシングレンズを駆動
し、撮影光学系１１の焦点調節を行う。
【００４４】
図８は固体撮像素子１ｂの画素単位７６０を上方から見た時の平面図である。本実施形
態の固体撮像素子１ｂが有する各々の画素７６０は、第１の実施形態とは異なり、一対の
光電変換部７１１ａ、７１１ｂを有している。一対の光電変換部７１１ａ、７１１ｂはそ
れぞれ、第１の実施形態に係る画素単位６０が有する光電変換部１１１を、その中心を通
る垂直線に沿って左右に分割した形状を有する。
【００４５】
各々の画素７６０をこのように構成することで、固体撮像素子１ｂから画像データ作成
用の撮像信号と、焦点調節状態を検出するための焦点検出信号とを同時に出力することが
できることが知られている。つまり、１つの画素７６０が有する一対の光電変換部７１１
ａ、７１１ｂの光電変換出力を加算すると、ちょうど第１の実施形態における光電変換部
１１１が出力するものと同様の撮像信号が得られる。また、光電変換部７１１ａの光電変
換出力と、光電変換部７１１ｂの光電変換出力とを分離すると、それはいわゆる位相差方
式の焦点検出に利用可能な焦点検出信号が得られる。画像処理部１３は、前者の撮像信号
に基づき画像データを作成する。焦点検出部１４は、後者の焦点検出信号に基づき焦点調
節状態を検出する。
【００４６】
ところで、個々の画素７６０を図８の平面図に示すように構成すると、第１の実施形態
に比べて、各々の光電変換部７１１ａ、７１１ｂの受光面積は減少する。従って、画素７
６０のサイズを第１の実施形態の画素６０と同一とした場合であっても、マイクロレンズ
１０１に要求される集光性は、より厳しいものとなる。これに対し、本実施形態では、対
角断面位置Ｂにおけるマイクロレンズ１０１の厚さＬｄを、第１の実施形態と同様に、水
平断面位置Ａにおけるマイクロレンズ１０１の厚さＬｈの約２．１倍に設定している。マ
イクロレンズ１０１の厚さをこのような関係とすることで、マイクロレンズ１０１への入
射光が画素内の一点に集光されるようになる。つまり、マイクロレンズ１０１の集光性が
、例えば図９や図１０に示したマイクロレンズ１２１やマイクロレンズ７０１に比べて格
段に向上する。従って、個々の画素７６０が有する光電変換部を図８の平面図に示すよう
に一対の光電変換部７１１ａ、７１１ｂとして構成した場合であっても、光電変換出力の
Ｓ／Ｎ比を十分なレベルに保つことができる。また、個々の画素が更に多数の光電変換部
を有することも考えられるが、この場合であっても、対角方向の集光性が向上しているの
で、光電変換出力のＳ／Ｎ比を十分なレベルに保つことができる。
【００４７】
なお、第３の実施形態では、固体撮像素子１ｂが有する全ての画素７６０が、図８に示
したように、一対の光電変換部７１１ａ、７１１ｂを有するものとしたが、一部の画素の
みが、図８に示す構成を有するものとし、それ以外の画素については、第１の実施形態の
ように、１つの光電変換部１１１のみを有するものとしてもよい。
【００４８】
また、第１の実施形態〜第３の実施形態の各々において、個々の画素の形状は略正方形
であるものとしたが、本発明は正方形とは異なる形状の画素を有する固体撮像素子に適用
することも可能である。例えば正方形を４５度回転した菱形形状や、正６角形、正８角形
など、画素中心に対して回転対称となる形状（点対称となる形状）を有する画素について
、本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ，１ｂ…固体撮像素子、１０，２０…撮像装置
【図１】
2019134170.tif 000003
【図２】
2019134170.tif 000004
【図３】
2019134170.tif 000005
【図４】
2019134170.tif 000006
【図５】
2019134170.tif 000007
【図６】
2019134170.tif 000008
【図７】
2019134170.tif 000009
【図８】
2019134170.tif 000010
【図９】
2019134170.tif 000011
【図１０】
2019134170.tif 000012
【図１１】
2019134170.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月7日(2019.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズからの光を電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記マイクロレンズの光軸方向において前記マイクロレンズと前記複数の光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズが形成される面を有する樹脂層と、を備え、
前記マイクロレンズは、第１方向での前記樹脂層の前記面から前記マイクロレンズの頂点までの高さが前記第１方向とは異なる第２方向での前記樹脂層の前記面から前記マイクロレンズの頂点までの高さの約２．１倍である形状を有する撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記マイクロレンズは、前記第１方向における曲率半径と前記第２方向における曲率半径とが異なる形状を有する撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の撮像素子において、
前記マイクロレンズの光軸方向において前記樹脂層と前記複数の光電変換部との間に配置されるカラーフィルタを備える撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記複数の光電変換部は、前記マイクロレンズと樹脂層とにより集光された光を電荷に変換する撮像素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像素子を備え、
前記撮像素子は、光学系からの光が入射される撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記撮像素子からの信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する検出部を備える撮像装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の撮像装置において、
前記撮像素子からの信号に基づいて画像データを生成する画像処理部を備える撮像装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項１に記載の撮像素子は、光が入射されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズからの光を電荷に変換する複数の光電変換部と、前記マイクロレンズの光軸方向において前記マイクロレンズと前記複数の光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズが形成される面を有する樹脂層と、を備え、前記マイクロレンズは、第１方向での前記樹脂層の前記面から前記マイクロレンズの頂点までの高さが前記第１方向とは異なる第２方向での前記樹脂層の前記面から前記マイクロレンズの頂点までの高さの約２．１倍である形状を有する。