(57)【要約】【課題】高画質で小型かつ低価格な光学的ローパスフィルタ機能を備えた撮像素子及びそれを有する撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素を備え、各画素が、光電変換を行う受光部と、当該受光部の入射光側に配置されて画素に対応する色を分離するカラーフィルタと、当該カラーフィルタの入射光側に配置され、入射光を前記受光部に取り込むために集光機能を有するマイクロレンズとを有する撮像素子であって、各画素の一辺に平行な方向における前記画素に対応したマイクロレンズの開口形状によるＭＴＦ特性が、前記マイクロレンズが前記方向において一画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である一画素開口ＭＴＦ特性より低く、かつ、前記マイクロレンズが前記方向において二画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である二画素開口ＭＴＦ特性よりも高いことを特徴とする撮像素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備え、各画素が、光電変換を行う受光部と、当該受光部の入射光側に配置されて画素に対応する色を分離するカラーフィルタと、当該カラーフィルタの入射光側に配置され、入射光を前記受光部に取り込むために集光機能を有するマイクロレンズとを有する撮像素子であって、
各画素の一辺に平行な方向における前記画素に対応したマイクロレンズの開口形状によるＭＴＦ特性が、前記マイクロレンズが前記方向において一画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である一画素開口ＭＴＦ特性より低く、かつ、前記マイクロレンズが前記方向において二画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である二画素開口ＭＴＦ特性よりも高いことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
複数の画素を備え、各画素が、光電変換を行う受光部と、当該受光部の入射光側に配置されて画素に対応する色を分離するカラーフィルタと、当該カラーフィルタの入射光側に配置され、入射光を前記受光部に取り込むために集光機能を有するマイクロレンズとを有する撮像素子であって、
前記マイクロレンズは対応する画素及び当該対応する画素に隣接する画素に拡がり、各画素においてマイクロレンズは前記マイクロレンズから受光部へ向かう方向において重なり合わないように配置されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
各画素に対応する前記マイクロレンズは複数の点対称に配置されたマイクロレンズ要素から構成され、各画素の実質開口率は０．８乃至１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４】
前記マイクロレンズがグレイトーンマスクを利用したフォトリソグラフィにより形成されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の撮像素子及び複屈折素子を組み合わせた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、光学的ローパスフィルタ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＯＬＰＦ）の機能を有し、撮像レンズの予定結像面に配置される撮像素子及びそれを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラなどの撮像装置の普及に伴って、それに使用される高画質で小型かつ低価格な撮像素子を提供する需要が増加している。高画質の要請を満足するために、撮像素子は、被写体上の高周波パターンと撮像素子の画素との間に発生するモアレや偽色を除去するのにＯＬＰＦを用いている。ＯＬＰＦは、従来は撮影レンズの像面側に設けられた３枚の水晶であった。しかし、最近では、ＯＬＰＦの機能を実現する代替的構造も様々提案されてきている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、２次元格子パターンを有する２次元位相格子からなるＯＬＰＦを開示している。また、特許文献２は、撮像素子にマイクロレンズ層、透明樹脂層、凸凹形状の格子形状層を順次設けた位相格子型ＯＬＰＦを開示している。
【特許文献１】特開平７−５３９４号（第２〜４頁、第２〜３図等）
【特許文献２】特開平８−２１１３３６号（第４〜５頁、第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水晶からなるＯＬＰＦは、一般に３枚構成、具体的には結晶軸方向が異なる水晶板（複屈折素子、位相板、複屈折素子）の組み合わせを取ることにより水平方向と垂直方向のフィルター効果を持たせている。従って、高価であると共に設置スペースを要するために小型化を阻害する。一方、特許文献１のＯＬＰＦは、不要な高次回折光を発生し、ＬＰＦ効果を改善しようとすれば低域側の空間周波数のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）特性まで落ちて画像の精鋭度が低下する。低域側の空間周波数は、一般には、ナイキスト周波数（Ｎｙｑｕｉｓｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＮＦ）の半分以下の周波数範囲をいう。また、絞り開口が小さくなると点像光束はパターンの１ピッチ分の光照射ができなくなり、回折現象によるＬＰＦ効果がなくなるだけでなく、格子パターンの影が画像に写り込むという問題が発生する。また、特許文献２は、回折作用によりＬＰＦ効果を持たせるために低域側の空間周波数のＭＴＦ特性まで落ちて画像の精鋭度が低下する。加えて、格子形状層の具体的構成を開示していないために実用性に欠ける。なお、本出願では、画像の精鋭度が低下した状態は解像感が悪いと呼ぶ場合もある。
【０００５】
そこで、本発明は、高画質で小型かつ低価格なＯＬＰＦ機能を備えた撮像素子及びそれを有する撮像装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像素子は、複数の画素を備え、各画素が、光電変換を行う受光部と、当該受光部の入射光側に配置されて画素に対応する色を分離するカラーフィルタと、当該カラーフィルタの入射光側に配置され、入射光を前記受光部に取り込むために集光機能を有するマイクロレンズとを有する撮像素子であって、各画素の一辺に平行な方向における前記画素に対応したマイクロレンズの開口形状によるＭＴＦ特性が、前記マイクロレンズが前記方向において一画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である一画素開口ＭＴＦ特性より低く、かつ、前記マイクロレンズが前記方向において二画素分の長さがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である二画素開口ＭＴＦ特性よりも高いことを特徴とする。また、本発明の別の側面としての撮像素子は、前記マイクロレンズは対応する画素及び当該対応する画素に隣接する画素に拡がり、各画素においてマイクロレンズは前記マイクロレンズから受光部へ向かう方向において重なり合わないように配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高画質で小型低価格なＯＬＰＦ機能を備えた撮像素子及びそれを有する撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、デジタルカメラのＭＴＦ特性について説明する。
【００１０】
ＭＴＦ特性は、結像性能を空間周波数（本／ｍｍ）により表記する指標で像の鮮鋭度を表す。ＭＴＦ特性には、撮像レンズのＭＴＦ特性、水晶からなるＯＬＰＦによるＭＴＦ特性、マイクロレンズの開口形状によるＭＴＦ特性、検出された光電変換情報の画像信号処理によるＭＴＦ特性がある。ここで、「マイクロレンズの開口」とは、マイクロレンズにおいて入射光が通過する有効領域である。これら４種類のＭＴＦ特性の積により総ＭＴＦ特性が決定される。なお、以下の説明では、これらの４種類のＭＴＦ特性を順に第１乃至第４のＭＴＦ特性と呼ぶ場合がある。
【００１１】
撮像素子はＮＦによって再現可能な空間周波数の限界が決定される。水平及び垂直方向のＮＦは、画素ピッチ（画素の一辺の寸法）をｐとすると次式で規定される。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
ＮＦ以上で総ＭＴＦ特性が大きい値を示すと、実際の像とは異なる画情報になってしまう。特に、単板のカラー撮像素子においては、ＮＦ近傍の像は実際の色とは異なる偽色モアレが生じて撮像性能を劣化させる。このため、第２のＭＴＦ特性は、ＮＦより若干高い周波数でゼロとなるように設定される。
【００１４】
第１及び第４のＭＴＦ特性も偽色対策を採る必要がある。しかし、第１のＭＴＦ特性は、一般に解像感を上げるために十分に高いＭＴＦ特性を持たせており、第４のＭＴＦ特性は像のパターンにより特性が異なる。このため、第２及び第３のＭＴＦ特性の合成ＭＴＦ特性を設定することにより、撮像素子の偽色対策を採るのが一般的である。
【００１５】
第３のＭＴＦ特性は、マイクロレンズの開口幅をＷ、空間周波数をｕとすると次式によって与えられる。
【００１６】
【数２】
2008172107.tif 000004
【００１７】
一方、水晶を使用したＯＬＰＦによる正方４点分離型ＯＬＰＦの水平方向のＭＴＦ特性（第２のＭＴＦ特性）は、分離幅をｄ、空間周波数をｕとすると次式で与えられる。なお、分離幅ｄは、水晶を使用したＯＬＰＦを光が通過することによって生じた常光線と異常光線の分離した距離であり、ＯＬＰＦの厚さに比例するものである。
【００１８】
【数３】
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【００１９】
一般的な撮像素子の開口は画素ピッチｐに対して理想的にはｐ×ｐの矩形マイクロレンズ開口になるように設定される。ここで、画素ピッチｐ＝５μｍ、開口矩形形状の一辺を５μｍ（Ｗ＝５μｍ）、正方４点分離型ＯＬＰＦの分離幅ｄをｄ＝５／１．３＝３．８５μｍとする。すると、水平及び垂直方向のＭＴＦ特性とＮＦは図１６に示すようになる。図１６において、横軸は空間周波数（Ｆｒｅｑ）（本／ｍｍ）で、縦軸は１に規格化されたＭＴＦ特性（コントラスト）である。「ＭＴＦｓ」は第３のＭＴＦ特性であり、「ＭＴＦｏ」は第２のＭＦＴ特性（４点分離型ＯＬＰＦ単体のＭＴＦ特性）であり、「４点分離」がこれらの合成の（即ち、これらを積算した）ＭＴＦ特性である。画素ピッチの２倍は１０μｍであるため、ＮＦは１００本／ｍｍである。但し、第３のＭＴＦ特性は、上述したように、マイクロレンズが理想的に水平及び垂直方向において一画素分の長さｐがあると仮定した場合のＭＴＦ特性である。かかるＭＴＦ特性（ＭＴＦｓ）を本出願では一画素開口ＭＴＦ特性と呼ぶ場合がある。同様に、マイクロレンズが理想的に水平及び垂直方向において二画素分の長さｐがあると仮定した場合のＭＴＦ特性を二画素開口ＭＴＦ特性と呼ぶ場合がある。
【００２０】
図１６において、ＮＦでのＭＴＦｓ値は０．６以上と大きく偽色が多く発生する。ＮＦでのＭＴＦ値をゼロとすると偽色を効率よく抑制できるが、低域側の空間周波数のＭＴＦ特性を落とすことになり、画像鮮鋭度が低下する。そのため若干偽色を抑えてＭＴＦ特性を上げる手法が用いられる。
【００２１】
次に、対角方向のＭＴＦ特性について説明する。対角方向のナイキスト周波数ＮＦｄは次式で与えられる。
【００２２】
【数４】
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【００２３】
同様に、画素ピッチｐ＝５μｍ、開口矩形形状の一辺を５μｍ（Ｗ＝５μｍ）、正方４点分離型ＯＬＰＦの分離幅ｄをｄ＝５／１．３＝３．８５μｍとする。すると、対角方向のＭＴＦ特性とＮＦは図１７に示すようになる。図１７において、横軸は空間周波数（Ｆｒｅｑ）（本／ｍｍ）で、縦軸は１に規格化されたＭＴＦ特性（コントラスト）である。「ＭＴＦｓｄ」は、第３のＭＴＦ特性であり、「ＭＴＦｏｄ」は第２のＭＦＴ特性（４点分離型ＯＬＰＦ単体のＭＴＦ特性）であり、「４点分離ｄ」がこれらの合成の（即ち、これらを積算した）ＭＴＦ特性である。ＮＦｄは約１４０本／ｍｍである。
【００２４】
理想的に矩形のマイクロレンズを対角方向から見ると菱形の開口形状となり、ＭＴＦがゼロとなるトラップポイントの周波数値が図１６に示すＭＴＦｓのそれよりも増加している。このため、図１７に示すＮＦが１４０付近となり、図１６に示すＮＦよりも増加しているにも拘らず偽色は多く発生する。ＭＴＦｏｄは、対角方向では中央に２倍、左右に１倍の像分離強度になるため、図１６のＭＴＦｏの形とは異なる。
【００２５】
図１８に理想的にマイクロレンズが単一画素に拡がったと仮定した場合の水平方向と対角方向での開口形状を示す。ＭＴＦｓｄは次式で与えられる。
【００２６】
【数５】
2008172107.tif 000007
【００２７】
また、図１９に４点分離の水平方向と対角方向での光強度分布を示す。
【００２８】
次に、本実施例のマイクロレンズの開口を変化させた時のＭＴＦ特性について説明する。図２０は、各画素がｐ×ｐの正方形形状を有する場合に、マイクロレンズが、対角長さが２ｐとなる菱形の開口形状を有する場合を示したものである。この開口形状での水平方向のＭＴＦ特性を「ＭＴＦ水平」として図２１（ａ）に、対角方向のＭＴＦ特性を「ＭＴＦ対角」として図２１（ｂ）に示し、それぞれ従来のＭＴＦｓ、ＭＴＦｓｄと対比させている。
【００２９】
偽色を抑制して高画質の要請を満足するためには、水平方向では、ＮＦにおけるＭＴＦ値が０．５以下であることが好ましい。また、対角方向では、ＮＦにおけるＭＴＦ値ができるだけ０に近く、低域側の空間周波数のＭＴＦ値が０．７以上であることが好ましい。図２１（ａ）及び図２１（ｂ）におけるＭＴＦ水平とＭＴＦ対角はこれらの要件を満足している。このように、水平方向のＮＦにおけるＭＴＦ値が対角方向のそれよりも高くてもよい。これは、水平方向の偽色は画像処理で目立たなくすることができるのに対して、対角方向ではこれが難しいからである。従って、対角方向での偽色抑制効果を高めている図２１（ｂ）は好ましい。
【００３０】
もっとも、本発明は、必ずしも対角方向が０になることを要求するものではない。即ち、後述する図１３及び図１５に示すように、各画素の一辺に平行な水平又は垂直方向における当該画素に対応した第２のＭＴＦ特性が、一画素開口ＭＴＦ特性より低く、かつ、二画素開口ＭＴＦ特性よりも高ければ足りる。
【００３１】
本発明者は、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すＭＴＦ特性が得られるように、マイクロレンズの形状を調節すればＯＬＰＦの機能を撮像素子に内蔵することができることを発見した。この場合、従来のＯＬＰＦ又はその代替的構造を使用しなくても、マイクロレンズの開口形状を調節することによって偽色を抑制することができる。また、ＭＴＦ特性をある程度任意に設定できるため、解像度と偽色抑制効果とのバランスを取った構成を撮像素子に一体的に形成することができる。
【００３２】
以下、各実施例について説明する。
【００３３】
以下、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本実施例のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）タイプの撮像素子１０について説明する。撮像素子１０は、図１には省略されている撮像レンズの予定結像面に配置される。ここで、図１（ａ）は画素毎のマイクロレンズ９の開口形状を上面から見たもので、図１（ｂ）は撮像素子１０の概略断面図である。
【００３４】
撮像素子１０は、光電変換を行うＳｉ受光部１上に、Ａｌ配線２及び３を含み、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜４、ＳｉＮからなる保護膜５、平坦化膜６、ベイヤ配列のカラーフィルタ７（７Ｂ、７Ｇなど）、平坦化膜８を順次積層する。そして、平坦化膜８の上には、開口が隣接画素に延びるマイクロレンズ９が配置されている。
【００３５】
図１（ａ）に示すＧ、Ｂ、Ｒはカラーフィルタ７に対応した画素であり、９Ｇ、９Ｂ、９Ｒはカラーフィルタ７Ｇ、７Ｂなどに対応したマイクロレンズ９で全て同一の光透過材料により形成されている。２０は不図示の撮像光学系から入射される光線である。マイクロレンズ９は入射光２０を受光部１６に取り込むために集光機能を有する。
【００３６】
図２（ａ）は１画素に対応したマイクロレンズ９の斜視図であり、図２（ｂ）は４×４画素のマイクロレンズ群の斜視図である。図３は画素毎のカラーフィルタ７Ｇ、７Ｂ、７Ｒの平面図であり、図４は１画素に対応するカラーフィルタ７とマイクロレンズ９の平面図である。
【００３７】
図４に示すように、マイクロレンズ９Ｇは、矩形画素を超えて延びている。そして、図１及び図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ９は対応する画素及び当該対応する画素に隣接する画素に拡がっている。各画素においてマイクロレンズは前記マイクロレンズから受光部へ向かう方向、即ち、図１に示す紙面に垂直な方向、において重なり合わないように配置されている
入射光２０が各画素に対応するマイクロレンズ９の開口を透過すると、図３及び図４に示すように対応するカラーフィルタ７を介して対応するＳｉ受光部１に導かれる。各画素の実質的な開口は、図４に示すマイクロレンズ９形状の開口とほぼ一致する。ここで、図４で示すマイクロレンズ９の開口面積は、単一画素面積と等しく開口率１となり、光の利用効率も高い。即ち、図１に示すように、マイクロレンズとマイクロレンズとの間には隙間がない。但し、開口率は１でなくても０．８以上であれば光の利用効率が十分高い。実質開口率が１ではない例は、後述する図１０（ｂ）乃至図１０（ｄ）に示されている。
【００３８】
以下、本実施例の撮像素子１０のＭＴＦ特性について説明する。
【００３９】
図５（ａ）乃至図５（ｃ）は、実施例１の画素開口を示している。より詳細には、図５（ａ）は元のマイクロレンズ９の形状、図５（ｂ）は水平方向の第２のＭＴＦ特性を算出するために図５（ａ）に示す形状を並べ替えたものである。水平方向の第２のＭＴＦ特性を算出する場合には、数式２におけるＷは、図５（ｂ）に示すマイクロレンズ９の水平方向（横方向）の長さとなる。水平方向の第２のＭＴＦ特性は数式２で規定される割合で与えられるため、図５（ｂ）に示す形状は図２０に示す菱形開口と等価である。
【００４０】
図５（ｃ）は対角方向の第２のＭＴＦ特性を算出するために図５（ｂ）に示す形状を並べ替えたものである。対角方向の第２のＭＴＦ特性を算出する場合の数式２におけるＷは、図５（ｃ）に示すマイクロレンズ９の対角方向（斜め方向）の長さとなる。
【００４１】
画素ピッチは５μｍとしている。図６（ａ）は、図５（ｂ）の形状と数式２を利用して算出した水平方向の第２のＭＴＦ特性である。図６（ｂ）は、図５（ｃ）の形状と数式５を利用して算出した対角方向の第２のＭＴＦ特性である。それぞれ前述した４点分離方式及び一画素開口ＭＴＦ特性（ＭＴＦｓ）と比較されている。
【００４２】
図６（ａ）から、図２１（ａ）と同様に、ＮＦにおけるＭＴＦ水平の値は０．４であり、一画素開口ＭＴＦ特性の０．６４よりは改善しているが４点分離の０．２４よりは劣る。但し、低域側の空間周波数の鮮鋭度は４点分離よりも高い。図６（ｂ）から、図２１（ｂ）と同様に、ＮＦにおけるＭＴＦ対角の値が０であり、ＭＴＦｓの０．４と４点分離の０．０５のいずれに対しても優れ、偽色抑制効果は高い。また、低域側の鮮鋭度は４点分離よりも高い。従って、上述の高画質の要請を満足する。更には、マイクロレンズ９はＯＬＰＦ機能を奏するので、多機能化により小型化と低価格化の両方を達成することができる。
【００４３】
次に、マイクロレンズ９の製造方法について説明する。
【００４４】
従来のマイクロレンズは、フォトリソグラフィ工程でマイクロレンズの開口形状と相似のレジストパターンを形成し、その後、熱溶融させることにより球面のマイクロレンズを形成する。マイクロレンズ９には、このような従来の製造方法は適用することができない。そのためグレイトーンマスクを利用したフォトリソグラフィにより、露光箇所でレジスト除去深さが異ならせるプロセスを適用する。
【００４５】
図７にマイクロレンズ９のアウトラインを、図８にグレイトーンマスク３０の一例を示す。図７では元々の設計形状に対し段々形状となっているが、グレイトーンマスク３０の単一パターンピッチを細かくすることによって、設計形状との誤差が減り、実質的な差を無くすことができる。図９はグレイトーンマスク３０の単一パターン内での開口率とレジスト除去深さとの関係を示すグラフである。露光装置とレジスト材料に対して事前にこのような関係データを取得することにより、マイクロレンズ設計形状をグレイトーンマスク３０のパターンにデータ変換することができる。
【００４６】
以上の方法により、任意のマイクロレンズ開口形状と面曲率を形成することができる。このように、マイクロレンズ９は、従来の製造方法のマスクパターンを変更することによって製造することができ、従来とほぼ同等のコストで、ＯＬＰＦ機能が内蔵されたマイクロレンズ９を得ることができる。独立の部材としてのＯＬＰＦが不要となるため、低価格化と小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
本実施例では撮像素子１０としてＣＭＯＳタイプを示したが、ＣＣＤの撮像素子１０に本実施例を適用しても同様の効果が得られる。
【００４８】
以下、図１０（ａ）乃至図１３を参照して、撮像素子１０に適用されるマイクロレンズの様々な形状について説明する。図１０（ａ）は、図１と同様の、マイクロレンズ９を有する第１の実施例の平面図である。図１０（ｂ）は、マイクロレンズ１９を有する第２の実施例の平面図である。図１０（ｃ）は、図１と同様の、マイクロレンズ２９を有する第３の実施例の平面図である。図１０（ｄ）は、マイクロレンズ３９を有する第４の実施例の平面図である。
【００４９】
図１１（ａ）は、図５（ａ）と同様の、１画素に対応するマイクロレンズ９の平面図である。図１１（ｂ）は、１画素に対応するマイクロレンズ１９の平面図である。図１１（ｃ）は、１画素に対応するマイクロレンズ２９の平面図である。図１１（ｄ）は、１画素に対応するマイクロレンズ３９の平面図である。
【００５０】
図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）に示すように、マイクロレンズ９、１９、２９、３９は、それぞれ、４つの点対称に配置された同一形状のマイクロレンズ要素９ａ、１９ａ、２９ａ及び３９ａから構成される。なお、マイクロレンズの形状に対応した形状を有するカラーフィルタ７がマイクロレンズ９、１９、２９、３９に対して配置されるが、図示は省略する。
【００５１】
図１２（ａ）は、図５（ｂ）と同様の、水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図１１（ａ）に示す形状を並べ替えたマイクロレンズ９の平面図である。図１２（ｂ）は、水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図１１（ｂ）に示す形状を並べ替えたマイクロレンズ１９の平面図である。図１２（ｃ）は、水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図１１（ｃ）に示す形状を並べ替えたマイクロレンズ２９の平面図である。図１２（ｄ）は、水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図１１（ｄ）に示す形状を並べ替えたマイクロレンズ３９の平面図である。
【００５２】
図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に示す形状と数式５に基づいて計算されたマイクロレンズ９、１９、２９、３９のＭＴＦ特性を図１３で示す。図１３は、１画素開口ＭＴＦ特性と２画素開口ＭＴＦ特性も示している。２画素開口のＭＴＦ特性はＮＦでＭＴＦ特性がゼロとなるので偽色抑制効果としては最良となる。しかしながら、低域側の空間周波数のＭＴＦ特性を落として画像の精鋭度を低下させる。一方、従来のマイクロレンズは円形又は正八角形形状であり、正方１画素開口に対し開口が小さい場合が多い。従って、１画素開口ＭＴＦ特性よりも従来のマイクロレンズのＭＴＦ特性は高くなる。
【００５３】
以上から、本実施例により１画素開口ＭＴＦ特性特性と２画素開口ＭＴＦ特性特性との間となるマイクロレンズの開口形状を適用すれば、解像度の犠牲を最小限に抑えつつ、偽色抑制効果を上げることができる。マイクロレンズの開口形状パターンを変更することによって、様々なＭＴＦ特性の設計が可能となる。これらの形状パターンを画像信号処理との相性や絵作りの考え方に合わせて選択することによって解像感と偽色抑制効果とのバランスを取ることができる。
【００５４】
上述の実施例は、水平方向と垂直方向のＭＴＦ特性が同一となる例を説明している。しかし、水平方向と垂直方向とで画素ピッチの異なる撮像素子に対してはそれぞれのピッチに対応するＮＦ特性からマイクロレンズの開口形状を設定すればよい。
【００５５】
近年のコンパクトデジタルカメラに見られるように、水平方向のみにＯＬＰＦ効果を持たせる撮影システムもある。実施例５では、水平方向のＯＬＰＦ機能のみを発揮させることができ、垂直方向の解像度を上げることができる。図１４（ａ）は実施例５のマイクロレンズ４９の平面図であり、図１４（ｂ）はその単一画素のマイクロレンズの平面図である。図１４（ｃ）は水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図１４（ｂ）に示すマイクロレンズ４９形状を並べ替えたものである。
【００５６】
図１５にマイクロレンズ４９の水平方向のＭＴＦ特性を示す。この場合、垂直方向のＯＬＰＦ効果はないが対角方向に対してはＬＰＦ効果が発生するため、偽色抑制効果を発揮しつつ解像感を出すことができる。本実施例では対角方向の規則性をなくすために、縦方向２画素毎にマイクロレンズの開口形状を左右対称系に入れ替えている。
【００５７】
また水平方向は実施例５を適用し、垂直方向は従来の水晶からなるＯＬＰＦを採用しても、水平、垂直方向で偽色抑制効果を発揮させることができる。この場合、水晶板は３枚から１枚に減らすことができ、低コスト化、省スペース化を図ることが可能である。
【００５８】
以上説明したように、本実施例によって、ＯＬＰＦ機能が内蔵された高画質かつ小型低価格な撮像素子を提供することができる。また、マイクロレンズの形状を変更することにより、様々なＭＴＦ特性を持つ撮像素子を設計することができる。
【００５９】
図２２は、撮像素子１０を有するデジタルカメラ１００のブロック図である。
【００６０】
撮影レンズ５２の手前にはシャッター５１があり、露出を制御する。絞り５３により必要に応じ光量を制御し、撮像素子１０に結像させる。撮像素子１０から出力された信号は信号処理回路５４で処理され、Ａ／Ｄ変換器５５によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部５６で演算処理される。処理されたディジタル信号はメモリ５９に蓄えられたり、外部Ｉ／Ｆ６２を通して外部の機器に送られる。
【００６１】
撮像装置１０、撮像信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換器５５、信号処理部５６はタイミング発生部５７により制御される他、システム全体は全体制御部・演算部５８で制御される。記録媒体６１に画像を記録するために、出力ディジタル信号は全体制御部・演算部で制御される記録媒体制御Ｉ／Ｆ部６０を通して、記録される。
【００６２】
デジタルカメラ１００は、撮像素子１０によって高画質、小型低価格を達成することができる。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例１のマイクロレンズの平面図である。図１（ｂ）は、図１に示すマイクロレンズを有する本発明の一側面としての撮像素子の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）に示す１画素に対応するマイクロレンズの斜視図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）に示す４×４画素に対応するマイクロレンズ群の斜視図である。
【図３】図１（ａ）に示すマイクロレンズに対応した画素毎のカラーフィルタの平面図である。
【図４】１画素に対応するカラーフィルタとマイクロレンズの平面図である。
【図５】図５（ａ）は、図１（ａ）に示す１画素に対応するマイクロレンズの形状である。図５（ｂ）は、水平方向のＭＴＦ特性を算出するために図５（ａ）に示す形状を並べ替えたものである。図５（ｃ）は、対角方向のＭＴＦ特性を算出するために図５（ｂ）に示す形状を並べ替えたものである。
【図６】図６（ａ）は、図５（ｂ）の形状を利用して算出した水平方向のＭＴＦ特性である。図６（ｂ）は、図５（ｃ）の形状を利用して算出した対角方向のＭＴＦ特性である。
【図７】マイクロレンズのアウトラインを示す平面図である。
【図８】マイクロレンズの製造に使用されるグレイトーンマスクの一例を示す平面図である。
【図９】図８に示すグレイトーンマスク内での開口率とレジスト除去深さとの関係を示すグラフである
【図１０】図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は、実施例１乃至４のマイクロレンズの平面図である。
【図１１】図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）は、１画素に対応する実施例１乃至４のマイクロレンズの平面図である。
【図１２】図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）は、図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）に示す実施例１乃至４のマイクロレンズを並べ替えた平面図である。
【図１３】図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に示す形状から得られる水平方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、実施例５のマイクロレンズの平面図である。図１４（ｂ）は、１画素に対応する実施例５のマイクロレンズの平面図である。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に示すマイクロレンズを並べ替えた平面図である。
【図１５】図１４（ｃ）に示す形状から得られる水平方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図１６】従来の水晶からなるローパスフィルタとマイクロレンズの水平方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図１７】従来の水晶からなるローパスフィルタとマイクロレンズの対角方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図１８】理想的に従来のマイクロレンズが１画素に拡がったと仮定した場合の水平方向と対角方向での開口形状である。
【図１９】従来の４点分離の水平方向と対角方向での光強度分布を示す図である。
【図２０】各画素がｐ×ｐの正方形形状を有する場合に、マイクロレンズが、対角長さが２ｐとなる菱形の開口形状を有する場合を示した図である。
【図２１】図２０（ａ）は、図２１に示すマイクロレンズの水平方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。図２０（ｂ）は、図２１に示すマイクロレンズの対角方向のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図２２】図１（ｂ）に示す撮像素子を有するデジタルカメラのブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１                          受光部
７                          カラーフィルタ
９、１９、２９、３９、４９  マイクロレンズ
９ａ、１９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａ    マイクロレンズ要素
１０                        撮像素子
１００                      デジタルカメラ（撮像装置）
【図７】
2008172107.tif 000008
【図１】
2008172107.tif 000009
【図２】
2008172107.tif 000010
【図３】
2008172107.tif 000011
【図４】
2008172107.tif 000012
【図５】
2008172107.tif 000013
【図６】
2008172107.tif 000014
【図８】
2008172107.tif 000015
【図９】
2008172107.tif 000016
【図１０】
2008172107.tif 000017
【図１１】
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【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】
2008172107.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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