(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズにより結像された被写体からの光を受光する撮像面を備え、
前記撮像面の中央部を平坦形状部とし、前記撮像面の周辺部を周辺光量落ちを抑制するように湾曲した湾曲形状部としたことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記平坦形状部と前記湾曲形状部の境界の位置は前記撮像面上の一つの基準点に対して同一の距離に設定されてい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】
前記撮像面は、単位画素が行列状に配置された画素領域を有す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】
前記画素領域は、受光量に応じた信号を出力する有効画素領域と、黒基準信号を出力する黒基準画素領域とを有し、前記有効画素領域は前記平坦形状部と前記湾曲形状部から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記基準点は前記有効画素領域の中心に位置することを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記黒基準画素領域は前記有効画素領域に隣接して配置され、前記黒基準画素領域はその一部または全体が湾曲形状部となっており、前記黒基準画素領域の湾曲形状部の曲率は前記有効画素領域の湾曲形状部の曲率とは異なることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記黒基準画素領域の湾曲形状部の曲率は前記有効画素領域の湾曲形状部の曲率より小さいことを特徴とする請求項６に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記黒基準画素領域は、光電変換部を備える遮光された単位画素で構成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記黒基準画素領域は、光電変換部を持たない単位画素で構成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記レンズと、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記レンズと、を備え、
前記基準点は前記レンズの光軸上に位置す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、撮像素子及びそれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子が搭載されている。この撮像素子は、光電変換を行うフォトダイオード等の光電変換部を含む多数の画素を有している。
【０００３】
一般的に、撮像素子の撮像面上に被写体を結像させるためには、結像光学系が必要となる。結像光学系にはレンズが使用され、このレンズによって撮像素子上に被写体像が結像される。ここで、撮像面の中央部と周辺部で光の入射角度が異なることにより、撮像面の中央部と周辺部で各画素に入射する光量に差が生じる。これは、周辺光量落ちなどの画質を劣化させる原因となり、特にレンズと撮像素子との間の距離（射出瞳距離）が短い場合に顕著になる。また、この光量差は中央部からの距離に応じて大きくなり、特に画像の周辺部において光量落ちが顕著に表れる。
【０００４】
図１は、従来の平坦な撮像素子において、あるレンズ位置における周辺光量落ち量の一例を示す図である。横軸は撮像素子の中心位置からの距離（対角位置）を示す。また、縦軸は撮像素子の中心の明るさを１００％としたときの光量落ちの程度を示している。図１から分かるように、中心位置から距離が離れるにつれて、光量落ちの程度が大きくなっていく。
【０００５】
この問題に対して、特許文献１では撮像素子を円筒状や球面状に湾曲させる方法が提案されている。この技術ではレンズの中心から各画素までの距離を一定にできるため、周辺光量落ちによる画質の劣化を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５６２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された方法では、撮像素子の撮像面全体が湾曲形状をなしており、パッケージを含む撮像素子全体の厚さが厚くなってしまう。撮像素子の厚さが厚くなると、その撮像素子を搭載するカメラ等の撮像装置の外形寸法も大きくなってしまうという問題がある。
【０００８】
さらに、フォーカルプレンシャッタを備えた撮像装置では、撮像素子が湾曲形状をなしていることで、撮像素子の中央部では、シャッタと撮像素子との間の距離が長くなる。そのため、シャッタ効率が低下し、撮像素子の正確な露光制御ができなくなってしまうという問題もある。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子全体の厚さを増加させることなく、周辺光量落ちを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係わる撮像素子は、レンズにより結像された被写体からの光を受光する撮像面を備え、前記撮像面の中央部を平坦形状部とし、前記撮像面の周辺部を周辺光量落ちを抑制するように湾曲した湾曲形状部としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像素子全体の厚さを増加させることなく、周辺光量落ちを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】レンズの周辺光量落ちデータの一例を示す図。
【図２】第１の実施形態における撮像素子の形状を示す図。
【図３】第１の実施形態における撮像素子の製造方法を説明する図。
【図４】第１の実施形態における撮像素子の形状の例を示す図。
【図５】第２の実施形態に係わる撮像素子の画素配置を示す図。
【図６】第２の実施形態に係わる撮像素子の形状を示す図である。
【図７】第１または第２の実施形態の撮像素子を有する撮像装置の例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態における撮像素子の製造方法を示す図である。本実施形態の撮像素子は、撮像面上で平坦形状となる領域（以降、平坦領域とする）と湾曲形状となる領域（以降、湾曲領域とする）とを有する。図３（ａ）に示すように、保持部材５は撮像素子１よりも外形寸法が大きく、保持部材５の上面には、平坦領域と湾曲領域を含む凹部６が形成されている。
【００１５】
撮像素子１をその撮像面を上向きにした状態で、保持部材５の凹部６に当接させるように撮像素子１の撮像面側から下向きに応力をかける。このようにすることで図３（ｂ）に示すように、撮像素子１の形状を凹部６の形状に倣うかたちで定めることができる。そして、撮像素子１の撮像面に平坦領域と湾曲領域を高精度に成形するとともにその形状を保持させることができる。
【００１６】
図２は、撮像素子１とレンズ２との位置関係を示す図である。図２（ａ）は、本実施形態の構成と比較するために示す断面図であり、レンズ２の中心から撮像素子１の受光面までの距離（主光線の長さ）が同一となるように、撮像素子１の全体を湾曲させた場合を示している。撮像素子１は湾曲させた状態で厚さｔ１を有する。
【００１７】
ここで、上述した図１から分かるように、従来の平坦な撮像素子においても中心位置からある距離までの領域Ａ（中央部）では、領域Ｂ（周辺部）と比べて光量落ちの程度が小さく、画像上でも光量落ちは目立たない。図２（ａ）の構成では、周辺光量落ちの改善効果が小さい中央部の領域まで湾曲させることにより撮像素子１の厚さが余計に厚くなっている。
【００１８】
これに対し、図２（ｂ）は、本実施形態における撮像素子１とレンズ２との位置関係を示す断面図である。本実施形態では、周辺光量落ちを抑制することが必要な撮像素子１の周辺部のみ湾曲形状にしている。すなわち、光量落ちが目立たない撮像素子１の中央部を平坦な形状とし、光量落ちが目立つ周辺部を湾曲した形状としている。上記の平坦な形状の部分を平坦形状部３、湾曲した形状の部分を湾曲形状部４と呼ぶ。なお、レンズ２の中心から湾曲形状部４の表面までの距離（主光線の長さ）が同一となるように、湾曲形状部４の曲率を設定することが望ましい。図２（ｂ）に示す本実施形態の構成では、撮像素子１は湾曲させた状態で厚さｔ２を有する。
【００１９】
図２（ａ）のように撮像素子全体を湾曲させた撮像素子の厚さｔ１と、図２（ｂ）のように中央部を平坦な形状にした撮像素子の厚さｔ２を比較した場合、ｔ１＞ｔ２の関係が成り立つ。すなわち、本実施形態のように、中央部を平坦な形状にした方が撮像素子の厚さを薄くすることができる。
【００２０】
周辺光量落ちを抑制することが必要な撮像素子１の周辺領域のみを湾曲形状にすることで、周辺光量落ちを抑制しながら、パッケージを含んだ撮像素子全体の厚さを薄くすることができる。
【００２１】
また、レンズに起因して発生する収差として像面湾曲収差があり、中央部にピントを合わせると周辺部にピントが合わなくなってしまう。本実施形態の撮像素子は周辺部が湾曲形状となっていることにより、中央部にピントを合わせた場合に周辺部にもピントが合い、像面湾曲収差の影響を抑制することができる。
【００２２】
図４は、周辺光量落ちの程度が高い領域を斜線部で示す湾曲形状部４とした撮像素子の撮像面を示す図である。ここで、撮像素子１は、受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部を備える単位画素が行列状に配置されている画素領域を有している。平坦領域３と湾曲領域４の境界は基準点である画素領域の中心に対して同一の距離に設定されている。
【００２３】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、平坦領域３と湾曲領域４の各領域の割合を異ならせた変形例を示す図であり、画素領域の中心から境界までの距離は、（ａ）＞（ｂ）＞（ｃ）となっている。例えば、瞳距離がＡ＞Ｂ＞Ｃの関係にある３つのレンズを用いる場合、瞳距離Ａのレンズが使用される撮像装置においては、図４（ａ）の撮像素子を用いる。同様に、瞳距離Ｂのレンズが使用される撮像装置においては、図４（ｂ）の撮像素子を用い、瞳距離Ｃのレンズが使用される撮像装置においては、図４（ｃ）の撮像素子を用いる。
【００２４】
このようにすることで、周辺光量落ちを適切に抑制することができる。なお、図４に示した例に限定されず、その要旨の範囲で様々の変形及び変更が可能である。例えば、撮影レンズを交換可能な構成な撮像装置において、装着された撮影レンズの周辺光量落ちの程度に応じて、平坦領域と湾曲領域の各領域の割合を動的に変更する構成としても良い。
以上説明したように、第１の実施形態では、画素領域のなかで必要な領域のみを湾曲領域とすることで、周辺光量落ちを抑制しつつ撮像素子の厚さを薄くすることができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係わる撮像素子について説明する。図５は、第２の実施形態に係る撮像素子の撮像面を示す図である。本実施形態における撮像素子１の画素領域は、有効画素領域７と、この有効画素領域７に隣接する格子模様で示した黒基準画素領域８とを備えている。有効画素領域７は、受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部を有する画素領域である。黒基準画素領域８は、光電変換部が配線層などで遮光されている遮光画素領域である。この黒基準画素領域８は、有効画素領域７の出力値の基準値（黒レベル）を決定するための黒基準信号を出力する。黒基準画素領域８は、図５における撮像素子１の上側と左側に配置されている。黒基準画素領域はその一部または全体が湾曲形状部となっている。
【００２６】
本実施形態では、図４の湾曲形状部４における有効画素領域７の曲率と黒基準画素領域８の曲率とを異ならせている。
【００２７】
図６は、撮像素子１の側面図である。図６（ａ）は、本実施形態の構成と比較するために示す撮像素子１の断面図であり、湾曲形状部４における黒基準画素領域８の曲率と有効画素領域７の曲率を同一に設定した場合を示している。図６（ａ）の構成では、撮像素子１の厚さはｔ３である。図６（ｂ）は、本実施形態における撮像素子１の断面図であり、湾曲形状部４における黒基準画素領域８の曲率を有効画素領域７の曲率よりも低くした場合を示している。図６（ｂ）の構成では、撮像素子１の厚さはｔ４である。黒基準画素領域８の曲率を有効画素領域７の曲率よりも低くするのは、黒基準画素領域８は遮光されているため、画素への入射光量を気にする必要がないからである。図６（ａ）の撮像素子１の厚みｔ３と、図６（ｂ）に示した本実施形態の撮像素子１の厚みｔ４を比較した場合、ｔ３＞ｔ４の関係が成り立つ。なお、平坦領域３と湾曲領域４の境界は、周辺光量落ちを効果的に抑制するために、有効画素領域７の中心に対して同一の距離に設定される。
【００２８】
図７は、第１または第２の実施形態の撮像素子を有する撮像装置の一例を示すブロック図である。撮像装置２０は、撮像素子１、レンズ２、Ａ／Ｄ変換回路を含むアナログフロントエンド部（ＡＦＥ）９、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１０を備えている。さらに、ＣＰＵ１１、表示部１２、記録媒体１３、画像メモリ１４、操作部１５、タイミング生成部（ＴＧ）１６、フォーカルプレンシャッタ１７を備えて構成されている。なお、ＡＦＥ９が撮像素子１に内蔵されるように構成してもかまわない。
【００２９】
レンズ２は、被写体像を撮像素子１に結像させる。なお、レンズ２の光軸と撮像素子１の撮像面が交わる点（光軸上の点）が有効画素領域７の中心になるように、レンズ１と撮像素子１の相対位置が設定される。すなわち、撮像素子１の平坦領域３と湾曲領域４の境界の位置は、レンズ２の光軸と撮像素子１の撮像面が交わる点（光軸上の点）に対して同一の距離になる。撮像素子１への光の入射時間（すなわち、露光時間）は、フォーカルプレンシャッタ１７により制御される。
【００３０】
撮像素子１は、レンズ２により結像された被写体像を光電変換により撮像信号に変換して出力する。撮像素子１から出力された撮像信号は、ＡＦＥ９に入力される。ＡＦＥ９は、撮像素子１から入力された撮像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換処理を行うことにより、デジタル信号を生成する。ＤＳＰ１０は、ＡＦＥ９から出力されたデジタル信号に対する各種の画像処理や圧縮処理を行い、画像データを生成する。
【００３１】
ＤＳＰ１０により生成された画像データは、画像メモリ１４に書き込まれる。画像メモリ１４に書き込まれた画像データは、ＤＳＰ１０の制御により記録媒体１３に記録される。表示部１２は、ユーザにより行なわれる各種の設定や、画像メモリ１４に記録された画像データを表示する。表示部１２の表示素子として、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を用いる。ＴＧ１６は、所定の撮像駆動を行なうために生成した制御信号を撮像素子１に供給する。操作部１５は、ユーザによる操作を基に、撮像装置が持つ様々な機能や読み出しモード等の操作指令を入力する。ＣＰＵ１１は、操作部１５により入力された各種の情報に基づいて、撮像素子１、ＡＦＥ９、ＤＳＰ１０、ＴＧ１６及びフォーカルプレンシャッタ１７等を制御する。
【００３２】
以上説明したように、第２の実施形態では、必要な領域のみを湾曲領域とすることで、周辺光量落ちを抑制しつつ撮像素子の厚さを薄くすることができる。さらに、黒基準画素領域８と有効画素領域７の曲率を変える、より詳細には黒基準画素領域８の曲率を有効画素領域７の曲率よりも小さくすることで、撮像素子全体の厚さを薄くすることができる。
【００３３】
上記の第１及び第２の実施形態により、撮像装置で撮影した画像の画質向上と、その撮像装置の外形寸法を小さくすることを両立さることができる。また、撮像素子の厚さを薄くすることにより、フォーカルプレンシャッタで撮像する撮像装置のシャッタ効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、第１の実施形態において、湾曲形状部４の曲率は、レンズ２の中心から湾曲形状部４の表面までの距離（主光線の長さ）が同一となるように設定することが望ましいものとした。しかし、レンズの特性によってはレンズの中心から撮像素子１の受光面までの距離（主光線の長さ）が同一となるように湾曲形状部４の曲率を設定しても湾曲形状部の入射光量に差が生じる場合もある。そのため、レンズに応じて曲率を変更してもよい。また、第２の実施形態において、黒基準画素領域は光電変換部が配線層などで遮光されている遮光画素領域を例として説明したが、光電変換部を備えていない画素領域を黒基準画素領域としてもよい。その場合、黒基準画素領域は遮光されていなくてもかまわない。
【符号の説明】
【００３５】
１：撮像素子、２：レンズ、３：平坦形状部、４：湾曲形状部
【図１】
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【図２】
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【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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