(57)【要約】【課題】マイクロレンズなどの受光素子などに対するシフト量を関数化して、受光領域内でマイクロレンズを連続的に配置し、撮像光学系の射出角度による色シェーディングや輝度シェーディングを防ぐ。【解決手段】スネルの法則を用いて、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５などの受光素子１２に対するシフト量を求める。撮像光学系から射出角度θ０で入射された光束について、材料層Ｍｋ内でその光束が進む角度θｋを、θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）／ｎｋ）により求め、マイクロレンズ１５などのシフト量を、シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋにより求める。ｔｋは材料層Ｍｋの膜厚、ｎｋは材料層Ｍｋの屈折率、ａｋは材料層Ｍｋの補正係数である。マイクロレンズ１５などのシフト量は、シフト量＝ａｋ×ｓｉｎθ０により近似的に求めてもよい。【選択図】図３
2008283650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板または基板上に設けられた半導体領域に複数の受光素子が配置された受光領域として、該受光素子上の光入射側に、電極配線層の開口部、カラーフィルタおよびマイクロレンズの少なくともいずれかが設けられた固体撮像素子において、
該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかの該受光素子に対するシフト量または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフト量が、該受光領域に入射される光束の該固体撮像素子面への入射角度θ０、該受光領域を構成する該受光素子上の各層の屈折率ｎｋおよび膜厚ｔｋを元にスネルの法則を用いて算出されて、該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかが、該複数の受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対してそれぞれシフトされて該受光領域に配置されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光素子上の光束を通したい基準位置は、前記電極配線層の開口部の最上位層、中間層、最下位層、基板上の画素中心および光電変換デバイスの中心のいずれかである請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の厚膜層の補正係数をａｋ１とし、該厚膜層を介した前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ１×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出され、
該受光領域を構成する該受光素子上の薄膜層の補正係数をａｋ２とし、該薄膜層を介した前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋ２ａｋ２×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の特定角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の特定角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、該入射光の主光線との間の中間角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、該入射光の主光線との間の中間角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を主光線の角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を主光線の角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
主光線の入射角度が条件により変化する場合に、
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、変化する入射主光線の振れ幅間の入射角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている請求項１、２、３、５、６、８、１０および１２のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
主光線の入射角度が条件により変化する場合に、
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、変化する入射主光線の振れ幅間の入射角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている請求項１、２、４，７、９、１１および１３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記主光線の入射角度が条件により変化する場合は、該主光線の入射角度がフォーカス条件により変化する場合である場合請求項１４または１５に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記主光線の入射角度が条件により変化する場合は、該主光線の入射角度がズーム条件により変化する場合である場合請求項１４または１５に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記補正係数ａｋとして、前記受光領域または／および前記受光素子の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が設定されている請求項３〜１７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
前記補正係数ａｋとして、前記電極配線層の開口部、画素ピッチ中心もしくは光電変換デバイスの中心で長辺方向と短辺方向とで異なる基準位置が設定されている請求項３〜１７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
前記電極配線層の開口部、前記カラーフィルタおよび前記マイクロレンズの少なくともいずれかの前記受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフトに加えて、
全ての受光素子において一律に、該電極配線層のレイアウトの繰り返しにおいて一律に、または該カラーフィルタの繰り返しにおいて一律に、該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかが該受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対してシフトされて前記受光領域に配置されている請求項１〜１９のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２１】
前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の屈折率ｎｋが波長依存性を有する場合に、
前記電極配線層の開口部、前記カラーフィルタおよび前記マイクロレンズの少なくともいずれかの該受光素子に対するシフト量または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフト量が、該屈折率に応じて波長毎または該カラーフィルタの色毎に変化されている請求項１〜２０のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子の前方に設けられた撮像光学系とを有し、該撮像光学系から前記受光領域に入射される固体撮像装置。
【請求項２３】
前記撮像光学系は非球面レンズである請求項１９に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記撮像光学系はフレネルレンズである請求項２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
請求項１〜２１のいずれかに記載の固体撮像素子または請求項２１〜２３に記載の固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像領域として複数の受光素子上に電極配線層の開口部、カラーフィルタおよびマイクロレンズの少なくともいずれかが設けられて、複数の受光素子により被写体からの画像光を撮像するためのＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子、この固体撮像素子およびその前方に撮像光学系が設けられた固体撮像装置および、この固体撮像素子または固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＣＤ型イメージセンサまたはＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子において、複数の受光素子の光入射側にマイクロレンズアレイを配置して入射光を受光素子上に集光させることによって、無効となる光を減少させて集光率を向上させるということが知られている。
【０００３】
一方、撮像光学系の射出角度特性に関して、固体撮像素子の受光領域の中心部においては受光領域面に対して法線方向から光軸に沿って主光線が入射されるが、受光領域の中心部以外の周辺部では主光線が角度を持って（傾いて）入射されるということが知られている。ここで、主光線とは光学系で開口絞りの中心を通る光と定義する。開口絞りがない場合はレンズの中央を通る光を主光線と定義する。
【０００４】
図８は、従来の固体撮像素子の有効画素領域をＵＸＧＡを例にとり示した平面図である。有効画素とは写真等で表示される画素が配置された領域を指す。
【０００５】
図８において、従来の固体撮像素子の有効画素領域１００は、矩形状であり、固体撮像素子が例えばＵＸＧＡの場合、有効画素１２００行×１６００列の多数の受光素子を有している。その中心位置（対角線の交点）を像高「０」とすると、矩形の有効画素領域１００の４角部を像高「１０割」とすることができる。よって、像高とは、有効画素領域１００の中心位置から同心円状にどのくらい離れているかを示している。製造ばらつきや特別な用途でない限り、光軸上に有効画素領域の像高「０」が存在する。
【０００６】
図９は、図８の固体撮像素子の撮像領域に主光線が傾いて入射される状態を模式的に示す要部縦断面図である。
【０００７】
図９において、この有効画素領域１００には、撮像光学系としてのレンズ１０１を通して入射される。その際、レンズ１０１に光軸から方向から入射した光１０２は有効画素領域の中心位置に入射し、光軸から傾いて入射した光１０３は有効画素領域の周辺に入射する。ここで、撮像光学系に入射した光で最も強い光量となる角度が主光線の入射する角度となる。有効画素領域１００に対する光線の入射角度（ＣＲＡ；チーフレイアングル）は、撮像領域１００の中央部からその周辺部に行くほど傾きが大きくなってくる。この主光線入射角度はレンズ１０１の種類によって異なっており、図９ではレンズ１枚であるが、数枚になることもあり、レンズの形状も球面ではなく数枚の非球面を含む、若しくは非球面のみとなることもある。したがって、レンズに応じて様々な主光線入射角度特性が存在する。主光線入射角度の一例を模式的に図１０に示している。図８の固体撮像素子の有効画素領域１００の像高に対し、図１０に示す角度で主光線は入射する。
【０００８】
この主光線入射角度が撮像領域１００の中央部からその周辺部に行くほど傾くため、例えば特許文献１には、固体撮像素子の受光領域１００の中心部から遠ざかるにしたがって、集光率を改善するべく、受光領域１００のマイクロレンズの配列ピッチを受光素子の配列ピッチよりも順次小さくして中心部側に寄るように配置する方法が開示されている。これを図１１に示している。
【０００９】
図１１は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置において、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチと像高との関係を示す図である。図１１の縦軸はマイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチを示しており、横軸は像高（０割が受光領域の中心位置、１０割が受光領域端）を示している。
【００１０】
図１１に示すように、従来の固体撮像装置では、受光領域１００の中心部（像高０割）から遠ざかるにしたがって、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量が順次大きく設定されていると共に、マイクロレンズの配列ピッチは、これとは逆に、受光領域１００の中心部（像高０割）から遠ざかるにしたがって、順次小さく設定されている。これにより、受光領域１００の周辺部において斜め方向に入射される入射光（被写体光）が受光素子上に集光されてシェーディングが補正される。
【００１１】
しかしながら、近年では、固体撮像装置の用途に応じて、撮像光学系の射出特性としてレンズの種類によって様々な特性を有するもの（例えば非球面レンズなど（図１２に一例を示した））が用いられているため図１３に示すように主光線特性が、像高０からある像高まで入射角が上昇し、ある像高からは減少するものが利用されることが増え、単にマイクロレンズの配列ピッチを受光素子の配列ピッチよりも順次小さくして配置するという方法だけでは、不十分となってきている。
【００１２】
そこで、例えば特許文献２には、マイクロレンズの配置ピッチを、中心部から周辺部の所定位置までの一部は増加させ、周辺部の所定位置から外側の一部は減少させるという方法が開示されている。これを図１４に示している。
【００１３】
図１４は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置において、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチと像高との関係を示す図である。なお、図１４の縦軸はマイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチを示し、横軸は像高を示している。
【００１４】
図１４に示すように、この従来の固体撮像装置では、撮像領域１００の中心部から像高８割までの周辺部分は、受光領域１００の中心部（像高０割）から遠ざかるにしたがって、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量が順次大きく設定されていると共に、マイクロレンズの配列ピッチは順次小さく設定されている。次に、像高８割を過ぎた更に外周の周辺部になると、これとは逆に、受光領域１００の中心部（像高０割）から遠ざかるにしたがって、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量が順次小さく設定されると共に、マイクロレンズの配列ピッチが順次大きく設定されている。これにより、撮像光学系からの主光線の射出角度が光軸からの像高の増加に伴って単調増加しない場合についても、シェーディング補正が可能とされている。
【特許文献１】特許第２６００２５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８６４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【００１６】
特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置では、光束の射出角度（光束の入射角度）が像高に対して常に増加する場合にのみ、シェーディング特性の補正効果を有しており、撮像光学系からの主光線の射出角度が光軸からの像高の増加に伴って一律にマイクロレンズのシフト量が単調増加しない場合（撮像光学系として例えば図１２に示す非球面レンズなどを用いた場合）には、効果が得られない。
【００１７】
次に、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置では、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置に比べて、近年に広く用いられている撮像光学系（例えば図１２に示す非球面レンズなど）の射出角度を反映させることができるが、以下のような問題が残されている。
【００１８】
まず、マイクロレンズの配置について、像高の増加に伴ってマイクロレンズのシフト量を増加させてその後に減少させれば、図１２に例として示す非球面レンズに対応できることまでは分かっているものの、具体的に撮像光学系の射出角度との対応関係が、このようにマイクロレンズを配置すれば最適配置になるかということまでは定められていないため、色シェーディングおよび輝度シェーディングが生じる虞がある。
【００１９】
また、マイクロレンズの配置について、どのように連続的に配置させるかということが問題であり、設計上で画素一つずつ最適なシフト量を求めることは多くの画素を有する受光素子においては現実的でない。そのため、色シェーディング（例えばＲＧＢの少なくともいずれかの色が弱くなる）および輝度シェーディング（画面外周部が暗くなる）が生じる虞がある。マイクロレンズの配置と受光素子の配置とがずれると、表示画面上で画像が不連続状態になって眼に見えるように現れて表示品位が低下する。
【００２０】
さらに、撮像光学系の種類によって射出角度（入射角度）が変化するが、撮像光学系の射出角度が変化する度に、撮像光学系を少しでも変更すると、マイクロレンズの配置を最初から設計し直す必要があり、設計期間の短縮化という観点から不利である。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、撮像光学系の射出角度による色シェーディングおよび輝度シェーディングを防いで表示品位を向上させるために、光学に基づいてマイクロレンズの受光素子に対するシフト量を入射角度に依存した関数にすることにより、受光領域内でマイクロレンズを連続的に配置し、かつ、これを再利用可能として設計期間の短縮化および設計コストの低減化を図ることができる固体撮像素子、この固体撮像素子が設けられた固体撮像装置および、この固体撮像素子または固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板または基板上に設けられた半導体領域に複数の受光素子が配置された受光領域として、該受光素子上の光入射側に、電極配線層の開口部、カラーフィルタおよびマイクロレンズの少なくともいずれかが設けられた固体撮像素子において、該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかの該受光素子に対するシフト量または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフト量が、該受光領域に入射される光束の該固体撮像素子面への入射角度θ０、該受光領域を構成する該受光素子上の各層の屈折率ｎｋおよび膜厚ｔｋを元にスネルの法則を用いて算出されて、該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかが、該複数の受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対してそれぞれシフトされて該受光領域に配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子上の光束を通したい基準位置は、前記電極配線層の開口部の最上位層、中間層、最下位層、基板上の画素ピッチ中心および光電変換デバイスの中心(光電変換素子の主な例としてはフォトダイオード)のいずれかである。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光領域を構成する前記受光素子上の厚膜層の補正係数をａｋ１とし、該厚膜層を介した前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ１×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出され、
該受光領域を構成する該受光素子上の薄膜層の補正係数をａｋ２とし、該薄膜層を介した前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ２×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の特定角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の特定角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、該入射光の主光線との間の中間角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、該入射光の主光線との間の中間角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、入射光の入射光の主光線の角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を入射光の主光線の角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における主光線の入射角度が条件により変化する場合に、前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、変化する入射主光線の振れ幅間の入射角度として、前記シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における主光線の入射角度が条件により変化する場合に、前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の補正係数をａｋとし、前記入射角度θ０を、変化する入射主光線の振れ幅間の入射角度として、前記シフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における主光線の入射角度が条件により変化する場合は、該主光線の入射角度がフォーカス条件（モジュールレンズと固体撮像素子との距離が異なる場合）により変化する場合である。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における主光線の入射角度が条件により変化する場合は、該主光線の入射角度がズーム条件（モジュールレンズと固体撮像素子との距離が異なる場合）により変化する場合である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における補正係数ａｋとして、前記受光領域または／および前記受光素子の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が設定されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における補正係数ａｋとして、前記電極配線層の開口部、画素ピッチ中心もしくは光電変換デバイスの中心で長辺方向と短辺方向とで異なる基準位置が設定されている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における電極配線層の開口部、前記カラーフィルタおよび前記マイクロレンズの少なくともいずれかの前記受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフトに加えて、
全ての受光素子において一律に、該電極配線層のレイアウトの繰り返しにおいて一律に、または該カラーフィルタの繰り返しにおいて一律に、該電極配線層の開口部、該カラーフィルタおよび該マイクロレンズの少なくともいずれかが該受光素子または該受光素子上の光束を通したい基準位置に応じてシフトされて前記受光領域に配置されている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光領域を構成する前記受光素子上の各層の屈折率ｎｋが波長依存性を有する場合に、前記電極配線層の開口部、前記カラーフィルタおよび前記マイクロレンズの少なくともいずれかの該受光素子に対するシフト量または該受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフト量が、該屈折率に応じて波長毎または該カラーフィルタの色毎に変化されている。
【００４３】
本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像素子と、該固体撮像素子の前方に設けられた撮像光学系とを有し、該撮像光学系から前記受光領域に入射されるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における撮像光学系は球面レンズ、非球面レンズまたはフレネルレンズである。
【００４５】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子または本発明の上記固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４７】
本願発明者らは、上記課題を解決するため、光学に関する物理法則として、スネルの法則（屈折の法則）と数学的理論（近似理論）を用いて、電極配線層の開口部、カラーフィルタおよびマイクロレンズの少なくともいずれかの受光素子またはこの受光素子上の光束を通したい基準位置に対するシフト量を導出し、画素領域に配置した。
【００４８】
撮像光学系からある射出角度θ０で入射された光束について、固体撮像素子を構成するある材料層ｋ内でその光束が進む角度θｋは、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）
により求められる。このため、マイクロレンズなどのシフト量は、θｋを用いて、
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
により求められる。上記式において、ｔｋは材料層ｋの膜厚であり、ｎｋは材料層Ｍｋの屈折率である。また、ａｋは材料層ｋの補正係数であり、通常は”１”が想定されているが、”１”以外の数値であってもよく、また、ａｋ＝「０」（極端に薄い膜；「０」はゲート酸化膜まどの薄い層を除外してもよいという意味）という値であってもよい。この補正係数ａｋは、均等な膜厚に堆積された材料層以外、例えばマイクロレンズの膜厚など定まらないので、それを補正するために用いられているが、それ以外の目的で（材料の屈折率の期待値からのズレがある場合）補正係数を用いることもできる。
【００４９】
さらに、一般的に角度θが小さいときには、ｔａｎθ≒ｓｉｎθ、ｓｉｎθ≒θの近似関係が成り立つ。この仮定を導入すると、マイクロレンズなどのシフト量の算出式を簡略化することが可能となり、マイクロレンズなどのシフト量は、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
により求められる。なお、これ以外の近似式を用いて式を変形することも可能である。
【００５０】
さらに、上記入射角度θ０としては、撮像光学系から各受光素子に入射される主光線の射出角度、撮像光学系から各受光素子に入射される光束の上光線から下光線までの間の特定角度、撮像光学系から各受光素子に入射される光束の上光線から下光線までの間の中間角度などを用いることができる。さらに、撮像光学系からの主光線の射出角度がフォーカス条件により変化する場合には、上記入射角度θ０として撮像光学系から各受光素子に入射される主光線の振れ幅間の射出角度を用いることも可能である。
【００５１】
さらに、受光領域の長辺方向と短辺方向とで、異なる補正係数ａｋの値を用いてもよい。
【００５２】
さらに、受光領域中心においても金属などからなる電極配線層の開口部と受光素子の中心とが一致しない場合や、受光素子の中心（フォトダイオードと読出電極を含めた領域）とその受光素子を構成するフォトダイオードの中心が一致しない場合などがあり得る。このような場合には、その不一致量に応じて予め受光素子毎にマイクロレンズなどをシフトさせることが可能である。
【００５３】
さらに、ほぼ全ての材料層において、その屈折率には波長依存性がある。よって、その屈折率に応じて、マイクロレンズなどのシフト量を波長毎に変化させることも可能である。
【発明の効果】
【００５４】
以上により、本発明によれば、様々な撮像光学系の出射角度（撮像光学系からの入射角度）に対して、スネルの法則に基づいた関数によって、マイクロレンズ、カラーフィルタおよび電極配線層の開口部の少なくともいずれかを受光領域内で各受光素子に対応させて連続的にシフトして配置することが可能となり、撮像光学系の射出角度による色シェーディングおよび輝度シェーディングなどがない良好な画像を得ることができる。さらに、マイクロレンズなどのシフト量を関数化することによって、撮像光学系の種類が変わっても関数は再利用可能となるため、設計期間の短縮化および設計コストの低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に、本発明の固体撮像素子を用いた固体撮像装置の実施形態をＣＭＯＳ型イメージセンサに適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ＣＭＯＳ型イメージセンサに限らず、ＣＣＤ型イメージセンサについても同様に本発明の固体撮像素子を用いた固体撮像装置の実施形態を適用することができる。
【００５６】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。なお、図１では、本発明の実施形態に係る固体撮像素子における受光領域の一部が示されている。
【００５７】
図１において、本実施形態の固体撮像素子１０は、半導体基板１１に複数の受光素子１２（１２ａ、１２ｂ、・・・）が２次元状（またはマトリクス状）に配置された受光領域を有しており、受光素子１２はフォトダイオードなどの光電変換素子と電荷読出電極等(トランジスタを含むため)とで構成されている。
【００５８】
この複数の受光素子１２の光入射側には、金属（メタル）などからなる電極配線層１３（１３ａ、１３ｂ、・・・）が、受光素子１２上を避けるように電極配線層の開口部を形成して多層に設けられ、その上に、各受光素子１２にそれぞれ対応するようにカラーフィルタ１４（１４ａ、１４ｂ、・・・）が設けられ、さらにその上に、受光素子１２およびカラーフィルタ１４に対応するようにマイクロレンズ１５（１５ａ、１５ｂ、・・・）がそれぞれ設けられている。なお、このマイクロレンズ１５は、一般的にはフォトリソグラフィー技術によりレンズ材料をパターン形成後、熱処理により流動化させることによりレンズ状に形成されるが、レンズ特性を示すものであれば、この製造方法については限定しない。また、メタル層に関しては現在多層に形成することが主流であるが、1層のみで形成することもありうる。さらに、図示していないが、固体撮像素子１０の光入射側には、固体撮像素子１０に光を入射させるために撮像光学系（モジュールレンズ等）が設けられて固体撮像装置が構成されている。
【００５９】
撮像光学系（モジュールレンズ等）の像高に対する主光線Ｃの入射角度θ０（図１０に示すＣＲＡ）が与えられて、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかの複数の受光素子１２に対するシフト量（光軸方向または光軸側に寄る方向のシフト量）が、受光領域１００に入射される光束Ｃ（主光線）の固体撮像素子面への入射角度θ０（主光線入射角度）、受光領域１００を構成する受光素子１２上の各層の屈折率ｎｋおよび膜厚ｔｋを元にスネルの法則を用いて算出されて、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかが複数の受光素子１２に対してそれぞれシフトされて受光領域１００に配置されている。
【００６０】
以下に、本実施形態の固体撮像素子１０において、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４および電極配線層１３の開口部の受光素子１２に対するシフト量の導出方法について詳細に説明する。
【００６１】
図２に示すように、固体撮像素子１０を構成する受光素子１２上の材料層Ｍｋにおいて、光入射面の法線Ｌとなす角度θ０（撮像光学系から各受光素子１２に入射される主光線の射出角度）で光束Ｃが入射される場合を考える。この材料層Ｍｋの屈折率をｎｋとすると、材料層Ｍｋ内におけるその光束Ｃの進行方向と法線Ｌとの角度θｋは、スネルの屈折の法則により、
ｎ０ｓｉｎθ０＝ｎｋｓｉｎθｋ
ｓｉｎθｋ＝（ｎ０／ｎｋ）ｓｉｎθ０
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ｝
により求められる。ここで、ｎ０＝１（空気）
そこで、材料層Ｍｋの膜厚（合わせたい位置から上の膜厚）をｔｋとすると、材料層Ｍｋ内における光束のシフト量は、θｋを用いて、
材料層Ｍｋ内における光束のシフト量＝ｔｋ×ｔａｎθｋ
により求められる。
【００６２】
ここで、例えば電極配線層１３の開口部が狭い場合（光束が通りにくい場合）には、電極配線層１３の開口部に合わせて通り抜ける光量が最大になるようにシフト量を決める。図３に示すような断面を考えると、マイクロレンズ１５から電極配線層１３の開口部までの各透過材料を構成する”Ｍ１”から”Ｍｋ”までの材料層を光が通過する際に、その間の合計の光束のシフト量は、
材料層Ｍ１から材料層Ｍｋまでの光束Ｃのシフト量＝Σｋｔｋ×ｔａｎθｋ
により求められる。但し、マイクロレンズ１５などのように膜厚ｔ１が不明な層（レンズ状になっているため膜厚が定まらない）も存在するため、これに補正係数ａｋを掛けて、
材料層Ｍ１から材料層Ｍｋまでの光束Ｃのシフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
となる。なお、補正係数ａｋはほとんどの場合は”１”とする。
【００６３】
この他に、屈折率ｎｋは、材料に依存する値でもあり、補正係数ａｋ（０〜２．０）で調整することができる。例えばSi３N４は一般的には屈折率ｎ＝２だが、形成条件や波長等によって変化する。さらに、アクリル系樹脂(PMMA)も光ファイバー等で利用されるように屈折率の変化が大きいため、材料の特性に応じて補正係数ａｋで調整する。
【００６４】
上記マイクロレンズ１５の受光素子１２に対するシフト量は、光束Ｃのシフト量を補正するために行われる。このため、例えば図４に示す光束Ｃを通したい位置を光が通過するように、マイクロレンズ１５の位置をシフトさせる場合には、上記光束Ｃのシフト量をマイクロレンズ１５のシフト量とすればよい。したがって、
マイクロレンズ１５のシフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
となる。
【００６５】
同様に、上記シグマ（総計）を取る層間膜を変更することによって、カラーフィルタ１４や電極配線層１３の開口部などのシフト量を求めることができる。
【００６６】
さらに、図５のように受光領域１００（電極配線層１３の開口部も長方形）の短辺方向ｙと長辺方向ｘとで、光束Ｃを通したい基準位置（電極配線層１３の開口部の中心ＭＲと受光部１２の中心ＰＤで深さの違いにより、光束がシフトする）が異なることが想定される。長辺方向ｘ側のように、光が電極配線層１３の開口部が長方形で十分マージンがある場合などは受光部１２の中心ＰＤに光束Ｃを通したい位置として合わせるが、短辺方向ｙ側のように、光が電極配線層１３の開口部が狭くてその周囲に当たる場合には、電極配線層１３の開口部の中心ＭＲに光束Ｃを通したい基準位置として合わせるようにして中心ＰＤからずれることになる。このような場合には、補正係数ａｋとして、短辺方向と長辺方向とで異なる値を用いることにより対応することができる。また、基準位置を短辺方向と長辺方向で異なる場所を設定することにより対応することも可能である。
【００６７】
以上により、本実施形態によれば、様々な撮像光学系の出射角度に対して、スネルの法則に基づいた関数によって、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４や電極配線層１３の開口部などを受光領域内で連続的に配置することが可能となり、撮像光学系の射出角度による色シェーディングおよび輝度シェーディングなどが無い良好な画像が得られる固体撮像素子１０を実現することができる。さらに、マイクロレンズ１５などのシフト量を関数化することによって、撮像光学系の種類が異なっても関数の再利用可能となるため、設計期間の短縮化と設計コストの低減化を図ることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、受光領域を構成する受光素子１２上の各層の補正係数をａｋとして、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４や電極配線層１３の開口部などのシフト量を
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
により求めたが、これに限らず、
シフト量＝ａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて近似的（数学的処理による近似処理）に求めることもできる。ここでは、ｔａｎθｋをｓｉｎθ０に近似すると、スネルの屈折の法則より、
ｎ０ｓｉｎθ０＝ｎｋｓｉｎθｋ
ｓｉｎθｋ＝（ｎ０／ｎｋ）ｓｉｎθ０
Σｋｔｋ×ｓｉｎθｋ＝Σｋｔｋ×（ｎ０／ｎｋ）×ｓｉｎθ０
よって、ｔｋ×（ｎ０／ｎｋ）＝ａｋallとして、シフト量＝ａｋall×ｓｉｎθ０
したがってａｋａｌｌは先のａｋのような大きさの制限ははい。
【００６９】
また、受光領域１００を構成する受光素子１２上の厚膜層の補正係数をａｋ１とし、この厚膜層を介したシフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）    但し、媒体が空気の場合ｎ０＝１
シフト量＝Σｋａｋ１×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出され、
受光領域１００を構成する受光素子１２上の薄膜層の補正係数をａｋ２とし、この薄膜層を介したシフト量が、近似的に、
シフト量＝ａｋ２all×ｓｉｎθ０
を用いて算出されるように、シフト量は厚膜層には近似式を使わずにおこない、薄膜層を近似式を使って行ってもよい。ここで、ａｋ２ａｌｌにも先のａｋのような大きさの制限ははい。
【００７０】
また、上記実施形態では、入射角度θ０として、撮像光学系１０１から固体撮像素子１０の各受光素子１２に向けて入射される主光線（光束Ｃ）の射出角度を用いたが、これに限らず、図６に示しように、中心を通る光を主光線と定義したが、撮像光学系１０１から固体撮像素子１０の各受光素子１２に入射される光束Ｃの上光線（θ０が小さい方）から下光線（θ０が大きい方）までの間の特定角度、例えば中間角度（または平均角度）などを用いてもよい。この場合、撮像光学系１０１では、図７に示すように、上光線と下光線の中間位置に主光線のＣＲＡがなく、例えば破線で示す入射角度１のように上側にずれて不定形である。
【００７１】
即ち、固体撮像素子１０の受光領域１００を構成する各層の補正係数をａｋとし、入射角度θ０を前記撮像光学系１０１から各受光素子１２に入射される光束Ｃの上光線から下光線までの間の特定角度、例えば中間角度（または平均角度）として、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかの受光素子１２または受光素子１２上の光束Ｃを通したい基準位置（例えば電極配線層１３の開口部）に対するシフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）
マイクロレンズ１５などのシフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されてもよい。
【００７２】
また同様に、固体撮像素子１０の受光領域１００を構成する各層の補正係数をａｋとし、入射角度θ０を撮像光学系１０１から各受光素子１２に入射される光束Ｃの上光線から下光線までの間の特定角度、例えば中間角度として、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかの受光素子１２などに対するシフト量が、近似的に、
シフト量＝ａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されてもよい。入射される光線幅が広い場合にも、最も多くの光量を各受光素子１２に集光させるようにシフト量を設定すればよい。
【００７３】
また、受光領域１００を構成する受光素子１２上の各層の補正係数をａｋとし、入射光の入射角度θ０を、入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、この入射光の主光線との間の中間角度として、シフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）
シフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されてもよい。この場合、図７の破線で示す入射角度１と、主光線との間に図７の破線で示す入射角度２のように主光線の上側にずれている。
【００７４】
受光領域１００を構成する受光素子１２上の各層の補正係数をａｋとし、入射光の入射角度θ０を、入射光の上光線から下光線までの間の中間角度と、この入射光の主光線との間の中間角度として、シフト量が、近似的に、
シフト量＝ａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されてもよい。この場合、図７の破線で示す入射角度１と、主光線との間に図７の破線で示す入射角度２のように主光線の上側にずれている。
【００７５】
以上で、受光素子１２上の光束を通したい基準位置は、電極配線層１３の開口部の最上位層、中間層、最下位層、基板上の画素中心および光電変換デバイスの中心のいずれかである。
【００７６】
次に、撮像光学系１０１からの主光線（光束Ｃ）の入射角度θ０がフォーカス条件、ズーム条件などにより変化する場合に、入射角度θ０として、撮像光学系１０１から各受光素子１２に入射される主光線（光束Ｃ）の振れ幅間の射出角度などを用いてもよい。例えばオートフォーカスなどで撮像光学系１０１が写したい画像によってモジュールレンズが動く場合に、入射角度θ０も変化する。変化する入射角度θ０の範囲、即ち、主光線（光束Ｃ）の振れ幅間の入射角度を用いる。また、ズーム条件が変わるデバイスに関しても同様である。要は、最も用いる場合の入射角度θ０に設定すればよいが、受光素子の入射角度の振れ幅の許容量が小さい場合は振れ幅の中間にθ０を設定することもある。
【００７７】
即ち、撮像光学系１０１からの主光線の入射角度が条件により変化する場合（例えばズーム撮影などレンズ移動により変化する場合）に、固体撮像素子１０の受光領域１００を構成する各層の補正係数をａｋとし、入射角度θ０を撮像光学系１０１から各受光素子１２に入射される主光線の振れ幅間の入射角度として、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかの受光素子１２または受光素子１２上の光束Ｃを通したい基準位置（例えば電極配線層１３の開口部）に対するシフト量が、
θｋ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ０）ｎ０／ｎｋ）
マイクロレンズなどのシフト量＝Σｋａｋ×ｔｋ×ｔａｎθｋ
を用いて算出されている。
【００７８】
また同様に、撮像光学系１０１からの主光線の入射角度が条件により変化する場合に、固体撮像素子１０の受光領域１００を構成する各層の補正係数をａｋとし、入射角度θ０を撮像光学系１０１から各受光素子１２に入射される主光線の振れ幅間の入射角度として、電極配線層１３の開口部、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１５の少なくともいずれかの受光素子１２または受光素子１２上の光束Ｃを通したい基準位置（例えば電極配線層１３の開口部）に対するシフト量が、近似的に、
シフト量＝Σｋａｋ×ｓｉｎθ０
を用いて算出されている。
【００７９】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、受光領域１００中心においても電極配線層１３の開口部と受光素子ピッチ(例えば１つの受光素子が２．２ｕｍ×２．２ｕｍで構成されているなら２．２ｕｍピッチ)の中心とが一致しない場合や、受光素子１２の中心とフォトダイオードの中心が一致しない場合（図５）などには、上記マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４および電極配線層１３の開口部の受光素子１２に対するシフトに加えて、全ての受光素子１２において一律に、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４および電極配線層１３の開口部を受光素子１２に対してシフトさせたり、電極配線層１３のレイアウトの繰り返しに対応して一律にシフトさせたり、またはカラーフィルタ１４の繰り返しにおいて一律にシフトさせて受光素子１２に最も集光するようにすることができる。
【００８０】
さらに、補正係数ａｋとして、受光領域１００の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が設定されている。また、これに加えてまたはこれとは別に、補正係数ａｋとして、受光素子１２の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が設定されていてもよい。さらに、これに加えてまたはこれとは別に、補正係数ａｋとして、電極配線層１３の開口部の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が設定されていてもよい。
【００８１】
さらに、固体撮像素子１０を構成する材料層Ｍｋの屈折率ｎｋに波長依存性がある場合に、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４および電極配線層１３の開口部のシフト量が、屈折率に応じて波長毎またはカラーフィルタ１４の色毎に変化されている。
【００８２】
さらに、上記実施形態では、マイクロレンズ１５、カラーフィルタ１４および電極配線層１３の開口部を受光素子１２に対してシフトさせたが、そのうちの一種類または二種類がシフトされている構成とすることも可能である。
【００８３】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像素子１０を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について適応する。
【００８４】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像素子１０を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００８５】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、撮像領域として複数の受光素子上に電極配線層の開口部、カラーフィルタおよびマイクロレンズの少なくともいずれかが設けられて、複数の受光素子により被写体からの画像光を撮像するためのＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子、この固体撮像素子およびその前方に撮像光学系が設けられた固体撮像装置および、この固体撮像素子または固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、様々な撮像光学系の出射角度（撮像光学系からの入射角度）に対して、スネルの法則に基づいた関数によって、マイクロレンズ、カラーフィルタおよび電極配線層の開口部の少なくともいずれかを受光領域内で各受光素子に対応させて連続的にシフトして配置することが可能となり、撮像光学系の射出角度による色シェーディングおよび輝度シェーディングなどがない良好な画像を得ることができる。さらに、マイクロレンズなどのシフト量を関数化することによって、撮像光学系の種類が変わっても再利用可能となるため、設計期間の短縮化および設計コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図２】入射角度θ０と屈折角度θｋについて説明し、さらに、光のシフト量について説明するための図である。
【図３】マイクロレンズなどを通過した光束が各層を通過した後の光束のシフト量を求める方法について説明するための図である。
【図４】マイクロレンズの電極配線層の開口部に対するシフト量を説明するための図である。
【図５】受光領域に設けられた受光素子が長方形である場合に受光素子の長辺方向と短辺方向とで異なる補正係数が異なる場合について説明するための図である。
【図６】入射光の上光線、主光線および下光線を説明するための図である。
【図７】本発明の固体撮像素子の撮像領域の像高に対する主光線入射角度のほかに上光線、下光線を考慮した入射光角度を模式的に示す図である。
【図８】従来の固体撮像素子の撮像領域を模式的に示す平面図である。
【図９】図８の固体撮像素子の撮像領域に主光線が傾いて入射される状態を模式的に示す要部縦断面図である。
【図１０】図８の固体撮像素子の撮像領域の像高に対する主光線入射角度を模式的に示す図である。
【図１１】特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置において、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチと像高との関係を示す図である。
【図１２】撮像光学系として非球面レンズを模式的に示す縦断面図である。
【図１３】特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置において、主光線入射角度が一旦上昇し、ある入射角度では減少するレンズ特性を模式的に示す図である。
【図１４】特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置において、マイクロレンズの受光素子に対するシフト量およびマイクロレンズの配列ピッチと像高との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  固体撮像素子
１１  半導体基板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  受光素子
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  電極配線層
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  カラーフィルタ
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  マイクロレンズ
１００  撮像領域
１０１、１０１ａ、１０１ｂ  モジュールレンズ（撮像光学系）
【図１】
2008283650.tif 000003
【図２】
2008283650.tif 000004
【図３】
2008283650.tif 000005
【図４】
2008283650.tif 000006
【図５】
2008283650.tif 000007
【図６】
2008283650.tif 000008
【図７】
2008283650.tif 000009
【図８】
2008283650.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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