(57)【要約】【課題】感度ムラを低減するように、射出瞳補正を行う。【解決手段】撮像装置は、第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、電荷保持部と、前記第１の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第１の転送ゲートと、前記第２の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第２の転送ゲートと、前記第１の光電変換部の上方に配された第１のマイクロレンズと、前記第２の光電変換部の上方に配された第２のマイクロレンズとを含む画素ユニットが２次元的に配列された撮像領域を有する撮像装置であって、少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、前記第１のマイクロレンズは、前記第１の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第１の大きさでオフセットされた光軸を有し、前記第２のマイクロレンズは、前記第２の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第２の大きさでオフセットされた光軸を有する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、電荷保持部と、前記第１の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第１の転送ゲートと、前記第２の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第２の転送ゲートと、前記第１の光電変換部の上方に配された第１のマイクロレンズと、前記第２の光電変換部の上方に配された第２のマイクロレンズとを含む画素ユニットが２次元的に配列された撮像領域を有する撮像装置であって、
少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、
前記第１のマイクロレンズは、前記第１の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第１の大きさでオフセットされた光軸を有し、
前記第２のマイクロレンズは、前記第２の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第２の大きさでオフセットされた光軸を有する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、
前記第１のマイクロレンズは、前記第１の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第１の方向にオフセットされた光軸を有し、
前記第２のマイクロレンズは、前記第２の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第２の方向にオフセットされた光軸を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の光電変換部及び前記第１の転送ゲートと、前記第２の光電変換部及び前記第２の転送ゲートとは、前記第１の光電変換部の受光面の中心と前記第２の光電変換部の受光面の中心とを結ぶ線分の中点に直交する直線に関して対称に配される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、
前記第１のマイクロレンズと前記第２のマイクロレンズとは、レンズ径、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の大きさ及び前記第２の大きさは、それぞれ、前記撮像領域の中心から前記画素ユニットまでの距離に応じて決められている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の大きさ及び前記第２の大きさは、それぞれ、前記撮像領域の中心に対してオフセットされた位置から前記画素ユニットまでの距離に応じて決められている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、
前記第１の光電変換部と前記第１のマイクロレンズとの間に配され、前記第１の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第３の大きさでオフセットされた中心軸を有する第１の要素と、
前記第２の光電変換部と前記第２のマイクロレンズとの間に配され、前記第２の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第４の大きさでオフセットされた中心軸を有する第２の要素と、
をさらに備え、
前記第３の大きさは、前記第１の大きさよりも小さく、
前記第４の大きさは、前記第２の大きさよりも小さい
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の要素と前記第２の要素とは、光学特性が異なる
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第３の大きさは、前記第１の要素の重心から前記第１のマイクロレンズの重心までの第１の距離に応じて決定されており、
前記第４の大きさは、前記第２の要素の重心から前記第２のマイクロレンズの重心までの第２の距離に応じて決定されている
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第３の大きさは、前記第１の距離が近くなるにつれて大きくなるように決定されており、
前記第４の大きさは、前記第２の距離が近くなるにつれて大きくなるように決定されている
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の要素及び前記第２の要素は、カラーフィルタ、層間絶縁膜層、層内レンズ、反射防止膜層、配線層、配線保護層、電極、及び素子分離領域の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置へ光を結像する光学系と、
前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ等において、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の撮像装置が広く使用されている。この撮像装置では、フォトダイオードなどの光電変換部へ効率よく集光するために、その光電変換部の上方にマイクロレンズが設けられることがある（特許文献１，２参照）。
【０００３】
撮像装置においては、撮像領域における光電変換部の位置によって、撮像レンズからの光が斜めに入射し光電変換部に入射されない場合がある。このとき、斜めに入射する光は撮像レンズの光軸からの距離によるため、撮像領域における感度ムラ（シェーディング）が生じてしまう。特許文献１には、撮像領域の中心からの距離に応じてマイクロレンズに一律のシュリンクをかけ、シェーディングを低減する構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、撮像装置の微細化の要求に伴って、複数の光電変換部（画素）がフローティングディフュージョン（以下、ＦＤとする）や増幅トランジスタ等の共有化を行った構成が開示されている。
【０００５】
このようにして、トランジスタの個数を減らし、光電変換部の開口率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平１−２１３０７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９８００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の構成において、複数の光電変換部がＦＤに対して鏡面対称にレイアウトされることがある。
【０００７】
このような場合、撮像領域の中心からの距離に応じてマイクロレンズ等に一律のシュリンクをかけて特許文献１に記載したような射出瞳補正を行うと、画素ユニット内の各光電変換部に対するシェーディング量が異なってしまう。そして、感度ムラが発生してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、感度ムラを低減するように、射出瞳補正を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１側面に係る撮像装置は、第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、電荷保持部と、前記第１の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第１の転送ゲートと、前記第２の光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部へ転送する第２の転送ゲートと、前記第１の光電変換部の上方に配された第１のマイクロレンズと、前記第２の光電変換部の上方に配された第２のマイクロレンズとを含む画素ユニットが２次元的に配列された撮像領域を有する撮像装置であって、少なくとも１つの前記画素ユニットにおいて、前記第１のマイクロレンズは、前記第１の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第１の大きさでオフセットされた光軸を有し、前記第２のマイクロレンズは、前記第２の光電変換部の受光面の中心を通る法線に対して第２の大きさでオフセットされた光軸を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、感度ムラを低減するように、射出瞳補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、比較例について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、比較例に係る撮像装置１の撮像領域ＰＡを示す図である。図２は、画素ユニットＰＵのレイアウト図である。図３は、図２のIII-III断面図である。
【００１３】
図１に示す撮像領域ＰＡは、方形状の領域である。この撮像領域ＰＡには、図２に示す画素ユニットＰＵがＸ−Ｘ’方向及びＹ−Ｙ’方向に２次元的に配列されている。各画素ユニットＰＵは、図２及び図３に示すように、第１の光電変換部２−１、第２の光電変換部２−２、電荷保持部３、第１の転送ゲート５−１、第２の転送ゲート５−２、第１のマイクロレンズ９−１、及び第２のマイクロレンズ９−２を含む。各画素ユニットＰＵは、第１の配線層６−１、第２の配線層６−２、第１の層内レンズ７−１、第２の層内レンズ７−２、第１のカラーフィルタ層８−１、及び第２のカラーフィルタ層８−２を含む。
【００１４】
ここで、第１の光電変換部２−１、第２の光電変換部２−２、及び電荷保持部３は、半導体基板に埋め込み層として形成されている。また、第１の転送ゲート５−１、及び第２の転送ゲート５−２は、半導体基板の表面上に配されている。他の構成要素は、層間絶縁膜を介して半導体基板の上（上方）に配されている。
【００１５】
第１の光電変換部２−１は、第１の画素に対応した構成要素である。第１の光電変換部２−１は、例えば、フォトダイオードである。第２の光電変換部２−２は、第２の画素に対応した構成要素である。第２の光電変換部２−２は、例えば、フォトダイオードである。すなわち、各画素ユニットＰＵは、第１の画素と第２の画素とで２画素共通になっている。これにより、撮像領域ＰＡにおける１つの画素当たりの面積を低減でき、多画素化が容易になる。１つの画素ユニットＰＵにおける光電変換部２−１，２−２と他の画素ユニットＰＵにおける光電変換部２−１，２−２とは、素子分離領域４により分離されている。
【００１６】
第１の転送ゲート５−１は、第１の光電変換部２−１と電荷保持部３との間に設けられている。第１の転送ゲート５−１は、第１の光電変換部２−１に蓄積された電荷を電荷保持部３へ転送する。
【００１７】
第２の転送ゲート５−２は、第２の光電変換部２−２と電荷保持部３との間に設けられている。第２の転送ゲート５−２は、第２の光電変換部２−２に蓄積された電荷を電荷保持部３へ転送する。
【００１８】
電荷保持部３は、第１の光電変換部２−１や第２の光電変換部２−２から転送された電荷を電圧に変換するとともに、その電荷を保持する。電荷保持部３は、例えば、フローティングディフュージョンである。なお、電荷保持部３の電圧に基づく信号は、図示しない増幅トランジスタを介して図示しない列信号線へ出力される。
【００１９】
第１のマイクロレンズ９−１は、第１の光電変換部２−１の上方に配されている。第１のマイクロレンズ９−１は、入射した光を第１の光電変換部２−１へ集光する。
【００２０】
第２のマイクロレンズ９−２は、第２の光電変換部２−２の上方に配されている。第２のマイクロレンズ９−２は、入射した光を第２の光電変換部２−２へ集光する。
【００２１】
第１の配線層６−１は、第１の光電変換部２−１と第１のマイクロレンズ９−１との間に設けられている。第１の配線層６−１は、第１のマイクロレンズ９−１から第１の光電変換部２−１へ導かれる光の量を制限し、第１の光電変換部２−１の開口率を決める。
【００２２】
第２の配線層６−２は、第２の光電変換部２−２と第２のマイクロレンズ９−２との間に設けられている。第２の配線層６−２は、第２のマイクロレンズ９−２から第２の光電変換部２−２へ導かれる光の量を制限し、第２の光電変換部２−２の開口率を決める。
【００２３】
第１の層内レンズ７−１は、第１のマイクロレンズ９−１と第１の配線層６−１との間に配され、第１のマイクロレンズ９−１から入射した光を第１の光電変換部２−１へ集光する。
【００２４】
第２の層内レンズ７−２は、第２のマイクロレンズ９−２と第２の配線層６−２との間に配され、第２のマイクロレンズ９−２から入射した光を第２の光電変換部２−２へ集光する。
【００２５】
第１のカラーフィルタ層８−１は、第１のマイクロレンズ９−１と第１の層内レンズ７−１との間に配され、第１のマイクロレンズ９−１から入射した光のうち特定の波長の光を選択的に通過させる。
【００２６】
第２のカラーフィルタ層８−２は、第２のマイクロレンズ９−２と第２の層内レンズ７−２との間に配され、第２のマイクロレンズ９−２から入射した光のうち特定の波長の光を選択的に通過させる。
【００２７】
ところで、撮像装置１に対して、用いられているレンズ９２の絞り９３（図１２参照）によって決定される射出瞳と呼ばれる擬似的な光源が存在する。レンズ焦点から射出瞳までの距離である射出瞳距離が有限であるために、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１から周辺部へ行くに従って光電変換部２−１，２−２に入射する主光線が傾き、入射角度が大きくなる。このとき、例えば、全ての画素ユニットにおけるマイクロレンズと光電変換部との相対的な位置関係が等しいと、特に周辺部の画素ユニットにおいて、光電変換部への集光率が低下する。ここで、マイクロレンズと光電変換部との相対的な位置関係が等しいとは、マイクロレンズの光軸と、光電変換部の受光面の中心を通る法線とが一致する場合を指す。例えば、撮像領域の周辺部では、マイクロレンズに入射した光が光電変換部の受光面の中心に集光せず、隣接する他の光電変換部に入射してしまったたり、光電変換部上に形成されている配線等によってけられてしまう。ここで、光電変換部の受光面とは、光電変換部において入射した光を受光可能な面であり、素子分離領域により規定されるとともに、遮光要素（例えば、配線層、転送ゲートなど）に覆われていない面である。このように、シェーディングと呼ばれる画面の感度ムラが発生し、撮像装置１の感度が低下する。
【００２８】
このシェーディングを補正する技術として、マイクロレンズ９−１，９−２の配置を撮像領域ＰＡの中心Ｃ１を中心として縮小倍率（以下、シュリンクという）をかけて、いわゆる射出瞳補正を行う技術がある。射出瞳補正では、マイクロレンズ９−１，９−２、カラーフィルタ層８−１，８−２、層内レンズ７−１，７−２等に対してシュリンクをかけて、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１と周辺部とでそれらの各要素の位置をずらす。それによって、撮像領域ＰＡの周辺部においてもマイクロレンズ９−１，９−２に入射した光を効率的に光電変換部２−１，２−２に集光させている。
【００２９】
ここで、図２に示されるように、各画素ユニットＰＵにおいて、第１の光電変換部２−１と第２の光電変換部２−２とは、電荷保持部３を間にして鏡面対称に配されている。これに対応して、第１の転送ゲート５−１と第２の転送ゲート５−２との配置関係、第１の配線層６−１と第２の配線層６−２との配置関係、第１のマイクロレンズ９−１と第２のマイクロレンズ９−２との配置関係も、鏡面対称になる。
【００３０】
撮像装置における鏡面対称とは、隣接する光電変換部及び転送ゲートの配置が鏡面対象となっていることを指す。平面レイアウトを用いて説明すると、隣接する光電変換部の中心を結ぶ線分の中点で直交する直線（光電変換部の境界線）を中心に、隣接する光電変換部に配された転送ゲート電極が対称となっていることを指す。つまり、光電変換部が等間隔に配置されることに対して転送ゲートが等間隔で配置されていないことを言う。ここで、光電変換部同士が重なるように平行移動させた場合に転送ゲートの配置が一致する場合は並進対称と呼ぶ。
【００３１】
図１に示すように、Ｘ−Ｘ’方向及びＹ−Ｙ’方向のシュリンク率をａとして、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１から距離に応じてマイクロレンズ９−１，９−２のシュリンクが行われている。
【００３２】
例えば、位置Ｐ１において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図４上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図４下図のようになる。
【００３３】
例えば、位置Ｐ２において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図５上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図５下図のようになる。
【００３４】
例えば、位置Ｐ３において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図６上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図６下図のようになる。
【００３５】
図４〜図６で示されるように、マイクロレンズ９−１，９−２へ入射した光が光電変換部２−１，２−２へ集光される状況が鏡面対称にレイアウトされた光電変換部（画素）同士で異なってしまう。そのため、従来周辺部のみで問題となっていたシェーディングが図７に示すように撮像領域ＰＡ内の周辺部以外の場所においても大きくばらつく要因となる。合わせて、後段の回路や、外部の信号処理においてゲイン調整を行った場合でも、カラーフィルタの色ごとにシェーディング量が異なってしまい、感度ムラが発生してしまう。すなわち、撮像領域の中心からの距離に応じてマイクロレンズ等に一律のシュリンクをかけて射出瞳補正を行うと、画素ユニット内の各光電変換部に対するシェーディング量が異なってしまい、感度ムラが発生してしまう可能性がある。
【００３６】
次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の撮像領域ＰＡを示す図である。なお、以下では、比較例に係る撮像装置１と異なる部分を中心に説明し、同様の部分は説明を省略する。
【００３７】
図８に示されるように、各画素ユニットＰＵにおいて、第１のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率をａ、Ｙ−Ｙ’方向のシュリンク率をｂとする。また、第２のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率をｃ、Ｙ−Ｙ’方向のシュリンク率をｄ、とする。撮像領域ＰＡの中心Ｃ１からの距離に応じてマイクロレンズ９−１，９−２のシュリンクが行われている。
【００３８】
ここで、第１のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ａと、第２のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ｃとが独立に設定される。第１のマイクロレンズ群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率ｂと、第２のマイクロレンズ群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率ｄとが独立に設定される。また、第１のマイクロレンズ群及び第２のマイクロレンズ群に対してＸ−Ｘ’方向のシュリンク率とＹ−Ｙ’方向のシュリンク率とを変えている。
【００３９】
例えば、位置Ｐ１０１において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図９上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図９下図のようになる。図９に示されるように、中心Ｃ１と一致した位置Ｐ１０１では、第１のマイクロレンズ９−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ１１１に対してオフセットされていない光軸ＰＡ１１１を有する。第２のマイクロレンズ９−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ１１２に対してオフセットされていない光軸ＰＡ１１２を有する。
【００４０】
例えば、位置Ｐ１０２において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１０上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図１０下図のようになる。図１０に示されるように、位置Ｐ１０２では、第１のマイクロレンズ９−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ１２１に対して第１の大きさＯＦ１２１で第１の方向ＤＲ１２１にオフセットされた光軸ＰＡ１２１を有する。第２のマイクロレンズ９−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ１２２に対して第２の大きさＯＦ１２２で第２の方向ＤＲ１２２にオフセットされた光軸ＰＡ１２２を有する。この第１の大きさＯＦ１２１及び第２の大きさＯＦ１２２は、それぞれ、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１（図８参照）からの距離に応じて決められている。また、位置Ｐ１０２において、第１のマイクロレンズ９−１と第２のマイクロレンズ９−２とは、レンズ径、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。
【００４１】
例えば、位置Ｐ１０３において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１１上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図１１下図のようになる。図１１に示されるように、位置Ｐ１０３では、第１のマイクロレンズ９−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ１３１に対して第１の大きさＯＦ１３１で第１の方向ＤＲ１３１にオフセットされた光軸ＰＡ１３１を有する。第２のマイクロレンズ９−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ１３２に対して第２の大きさＯＦ１３２で第２の方向ＤＲ１３２にオフセットされた光軸ＰＡ１３２を有する。この第１の大きさＯＦ１３１及び第２の大きさＯＦ１３２は、それぞれ、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１（図８参照）からの距離に応じて決められている。また、位置Ｐ１０３において、第１のマイクロレンズ９−１と第２のマイクロレンズ９−２とは、レンズ径、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。
【００４２】
このように、画素ユニットＰＵ内の第１のマイクロレンズ９−１と第２のマイクロレンズ９−２とで独立にシュリンクをかけるので、画素ユニット内の各光電変換部に対するシェーディング量を等しくすることができる。これにより、感度ムラを低減するように、射出瞳補正を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を図１２に示す。
【００４４】
撮像システム９０は、図１２に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。
【００４５】
シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。
【００４６】
撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００へ被写体の像を結像させる。
【００４７】
絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。
【００４８】
撮像装置１００は、結像された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置１００は、その画像信号を撮像領域ＰＡから読み出して出力する。
【００４９】
撮像信号処理回路９５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号を処理する。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。
【００５１】
画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。
【００５２】
メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。
【００５３】
外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。
【００５４】
タイミング発生部９８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。
【００５５】
全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。
【００５６】
記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。
【００５７】
以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００の撮像領域ＰＡを示す図である。なお、以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と異なる部分を中心に説明し、同様の部分は説明を省略する。
【００５９】
撮像装置２００の撮像領域ＰＡでは、図１３に示されるように、第１のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ａと、第２のマイクロレンズ群のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ｃとが１００％を超える値に独立に設定される。第１のマイクロレンズ群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率ｂと、第２のマイクロレンズ群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率ｄとが１００％を超える値に独立に設定される。
【００６０】
例えば、位置Ｐ２０１において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１４上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図１４下図のようになる。図１４に示されるように、位置Ｐ２０１では、第１のマイクロレンズ９−１及び第２のマイクロレンズ９−２は、それぞれ、破線で示された形状から実線で示された形状へシュリンクされて設計される。
【００６１】
例えば、位置Ｐ２０２において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１５上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図１５下図のようになる。図１５に示されるように、位置Ｐ２０２では、第１のマイクロレンズ９−１及び第２のマイクロレンズ９−２は、それぞれ、破線で示された形状から実線で示された形状へシュリンクされて設計される。また、位置Ｐ２０２において、第１のマイクロレンズ９−１の大きさｗ１’と第２のマイクロレンズ９−２の大きさｗ２’とは、互いに異なる。
【００６２】
例えば、位置Ｐ２０３において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１６上図のようになり、画素ユニットＰＵの上面視の配置は図１６下図のようになる。図１６に示されるように、位置Ｐ２０３では、第１のマイクロレンズ９−１及び第２のマイクロレンズ９−２は、それぞれ、破線で示された形状から実線で示された形状へシュリンクされて設計される。また、位置Ｐ２０３において、第１のマイクロレンズ９−１の大きさｗ１”と第２のマイクロレンズ９−２の大きさｗ２”とは、互いに異なる。
【００６３】
このように、画素ユニットＰＵ内で隣接するマイクロレンズ９−１，９−２同士のギャップを小さくすることができる。これにより、マイクロレンズ９−１，９−２へ入射する光量を増やすことができ、光電変換部２−１，２−２への集光効率をさらに向上できる。
【００６４】
次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置３００について、図１７を用いて説明する。図１７は、本発明の第３実施形態に係る撮像装置３００の撮像領域ＰＡを示す図である。なお、以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と異なる部分を中心に説明し、同様の部分は説明を省略する。
【００６５】
撮像装置３００の撮像領域ＰＡでは、図１７に示されるように、第１の要素群のシュリンク率と第２の要素群のシュリンク率とが独立に設定される。具体的には、第１の要素群（８−１，７−１，６−１）のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ｅ，ｉ，ｍと、第２の要素群（８−２，７−２，６−２）のＸ−Ｘ’方向のシュリンク率ｇ，ｋ，ｏである。図示しないが同様に、第１の要素群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率と、第２の要素群のＹ−Ｙ’方向のシュリンク率とが独立に設定される。第１の要素及び第２の要素は、カラーフィルタ、層間絶縁膜層、層内レンズ、反射防止膜層、配線層、配線保護層、電極、及び素子分離領域の少なくとも１つを含む。
【００６６】
例えば、位置Ｐ３０１において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１８に示すようになる。中心Ｃ１と一致した位置Ｐ３０１では、第１の要素８−１，７−１，６−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ３１１に対してオフセットされていない重心を有する。すなわち、図１８に示す中心軸ＡＸ８１１，ＡＸ７１１，ＡＸ６１１は、それぞれ、第１の要素８−１，７−１，６−１の重心を通る法線である。第１の要素６−１は、配線層である。第１の要素６−１の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。第２の要素８−２，７−２，６−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ３１２に対してオフセットされていない重心を有する。すなわち、図１８に示す中心軸ＡＸ８１２，ＡＸ７１２，ＡＸ６１２は、それぞれ、第２の要素８−２，７−２，６−２の重心を通る法線である。第２の要素６−２は、開口を規定する配線層である。第２の要素６−２の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。
【００６７】
例えば、位置Ｐ３０２において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図１９に示すようになる。位置Ｐ３０２では、第１の要素８−１，７−１，６−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ３２１に対して第３の大きさＯＦ８２１，ＯＦ７２１，ＯＦ６２１でオフセットされた重心を有する。すなわち、図１９に示す中心軸ＡＸ８２１，ＡＸ７２１，ＡＸ６２１は、それぞれ、第１の要素８−１，７−１，６−１の重心を通る法線である。第１の要素６−１は、配線層である。第１の要素６−１の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。第２の要素８−２，７−２，６−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ３２２に対して第４の大きさＯＦ８２２，ＯＦ７２２，ＯＦ６２２でオフセットされた重心を有する。すなわち、図１９に示す中心軸ＡＸ８２２，ＡＸ７２２，ＡＸ６２２は、それぞれ、第２の要素８−２，７−２，６−２の重心を通る法線である。第２の要素６−２は、開口を規定する配線層である。第２の要素６−２の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。
【００６８】
ここで、第３の大きさＯＦ８２１，ＯＦ７２１，ＯＦ６２１は、第１の大きさＯＦ１２１（図１０参照）よりも小さい。第３の大きさＯＦ８２１，ＯＦ７２１，ＯＦ６２１は、第１の要素８−１，７−１，６−１の重心から第１のマイクロレンズ９−１の重心までの第１の距離に応じて決定されている。第３の大きさＯＦ８２１，ＯＦ７２１，ＯＦ６２１は、第１の距離が遠い場合に比べて、第１の距離が近い場合に大きくなるように決定されている。すなわち、
ＯＦ８２１＞ＯＦ７２１＞ＯＦ６２１・・・数式１
である。
【００６９】
第４の大きさＯＦ８２２，ＯＦ７２２，ＯＦ６２２は、第２の大きさＯＦ１２２（図１０参照）よりも小さい。第４の大きさＯＦ８２２，ＯＦ７２２，ＯＦ６２２は、第２の要素８−２，７−２，６−２の重心から第２のマイクロレンズ９−２の重心までの第２の距離に応じて決定されている。第４の大きさＯＦ８２２，ＯＦ７２２，ＯＦ６２２は、第２の距離が遠い場合に比べて、第２の距離が近い場合に大きくなるように決定されている。すなわち、
ＯＦ８２２＞ＯＦ７２２＞ＯＦ６２２・・・数式２
である。
【００７０】
また、位置Ｐ３０２において、第１の要素８−１，７−１，６−１と第２の要素８−２，７−２，６−２とは、光学特性が異なる。すなわち、第１のカラーフィルタ層８−１と第２のカラーフィルタ層８−２とは、１辺の長さ、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。第１の層内レンズ７−１と第２の層内レンズ７−２とは、直径（長さ）、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。第１の配線層６−１と第２の配線層６−２とは、厚さ及び開口幅の少なくとも１つが異なる。
【００７１】
例えば、位置Ｐ３０３において、画素ユニットＰＵの断面視の配置は図２０に示すようになる。位置Ｐ３０３では、第１の要素８−１，７−１，６−１は、第１の光電変換部２−１の受光面の中心を通る法線ＰＬ３３１に対して第３の大きさＯＦ８３１，ＯＦ７３１，ＯＦ６３１でオフセットされた重心を有する。すなわち、図２０に示す中心軸ＡＸ８３１，ＡＸ７３１，ＡＸ６３１は、それぞれ、第１の要素８−１，７−１，６−１の重心を通る法線である。第１の要素６−１は、配線層である。第１の要素６−１の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。第２の要素８−２，７−２，６−２は、第２の光電変換部２−２の受光面の中心を通る法線ＰＬ３３２に対して第４の大きさＯＦ８３２，ＯＦ７３２，ＯＦ６３２でオフセットされた中心軸ＡＸ８３２，ＡＸ７３２，ＡＸ６３２を有する。すなわち、図２０に示す中心軸ＡＸ８３２，ＡＸ７３２，ＡＸ６３２は、それぞれ、第２の要素８−２，７−２，６−２の重心を通る法線である。第２の要素６−２は、開口を規定する配線層である。第２の要素６−２の重心は、配線層が形成する開口の中心とほぼ等しい。
【００７２】
ここで、第３の大きさＯＦ８３１，ＯＦ７３１，ＯＦ６３１は、第１の大きさＯＦ１３１（図１１参照）よりも小さい。第３の大きさＯＦ８３１，ＯＦ７３１，ＯＦ６３１は、第１の要素８−１，７−１，６−１の重心から第１のマイクロレンズ９−１の重心までの第１の距離に応じて決定されている。第３の大きさＯＦ８３１，ＯＦ７３１，ＯＦ６３１は、第１の距離が遠い場合に比べて、第１の距離が近い場合に大きくなるように決定されている。すなわち、
ＯＦ８３１＞ＯＦ７３１＞ＯＦ６３１・・・数式３
である。
【００７３】
第４の大きさＯＦ８３２，ＯＦ７３２，ＯＦ６３２は、第２の大きさＯＦ１３２（図１０参照）よりも小さい。第４の大きさＯＦ８３２，ＯＦ７３２，ＯＦ６３２は、第２の要素８−２，７−２，６−２の重心から第２のマイクロレンズ９−２の重心までの第２の距離に応じて決定されている。第４の大きさＯＦ８３２，ＯＦ７３２，ＯＦ６３２は、第２の距離が遠い場合に比べて、第２の距離が近い場合に大きくなるように決定されている。すなわち、
ＯＦ８３２＞ＯＦ７３２＞ＯＦ６３２・・・数式４
である。
【００７４】
また、位置Ｐ３０３において、第１の要素８−１，７−１，６−１と第２の要素８−２，７−２，６−２とは、光学特性が異なる。すなわち、第１のカラーフィルタ層８−１と第２のカラーフィルタ層８−２とは、直径（長さ）、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。第１の層内レンズ７−１と第２の層内レンズ７−２とは、１辺の長さ、厚さ、及び曲率の少なくとも１つが異なる。第１の配線層６−１と第２の配線層６−２とは、厚さ及び開口幅の少なくとも１つが異なる。
【００７５】
このように、各要素のシュリンク率はマイクロレンズ９−１，９−２から遠い要素ほど絶対値が小さい。これは入射光がマイクロレンズ９−１，９−２、層内レンズ７−１，７−２により集光されているため、マイクロレンズ９−１，９−２から遠い要素では補正の必要性が小さくなっているためである。
【００７６】
これにより、マイクロレンズ群のみにシュリンクをかける場合と比べて、さらに撮像領域ＰＡ全体でより均一なシェーディング特性が得られるようになる。
【００７７】
次に、本発明の第４実施形態に係る撮像装置４００について、図２１を用いて説明する。図２１は、本発明の第４実施形態に係る撮像装置４００の撮像領域ＰＡを示す図である。なお、以下では、第１実施形態に係る撮像装置１００と異なる部分を中心に説明し、同様の部分は説明を省略する。
【００７８】
撮像装置４００の撮像領域ＰＡでは、図２１に示されるように、中心Ｃ１以外を基準点としてシュリンクを行い、光学的な補正を行う。これは、光電変換部２−１，２−２が矩形でない場合や、光電変換部２−１，２−２に対する開口領域が矩形でないなどの要因で撮像領域ＰＡの四隅でシェーディングの様子が異なる場合に対して有効である。
【００７９】
例えば、中心Ｃ１を基準点として、第１実施形態と同様にシュリンクした場合、図２２に示す黒点のような各点Ｐ４０１〜Ｐ４０６の感度の分布が得られたとする。図２２に示されるように、点Ｐ４０３，Ｐ４０４，Ｐ４０６において感度の低下が大きい。そこで、感度の低下が大きい点Ｐ４０３，Ｐ４０４，Ｐ４０６に大きな補正がかかるように、シュリンクの基準点を中心Ｃ１に対して点Ｐ４０３，Ｐ４０４，Ｐ４０６から遠ざかるようにシフトした点Ｃ１’とする。これにより、第１の大きさ及び第２の大きさは、それぞれ、撮像領域ＰＡの中心Ｃ１に対してオフセットされた位置Ｃ１’からの距離に応じて決められることになる。
【００８０】
これにより、点Ｐ４０３，Ｐ４０４，Ｐ４０６の感度の落ち具合を補正し、図２２の白点で示されるように、全体としての感度の平均をより良くすることが可能となる。
【００８１】
なお、上記の実施形態では２画素に対して鏡面対称レイアウトを行ったＣＭＯＳ型イメージセンサを例に挙げて説明した。実施形態のように、電荷保持部が１つではなく複数配されていてもよい。勿論これに限ることなく、受光領域の形状に合わせてシュリンク率の変更や、シュリンクをかけるレイヤについて変更することが可能である。さらに、複数画素に対して鏡面対称レイアウトを行ったものや、ＣＣＤ型イメージセンサなど他のイメージセンサについても本発明の技術思想を用いて同様の課題を解決可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】比較例に係る撮像装置の撮像領域を示す図。
【図２】画素ユニットのレイアウト図。
【図３】図２のIII-III断面図。
【図４】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図５】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図６】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図７】比較例に係る撮像装置における感度の分布を示す図。
【図８】第１実施形態に係る撮像装置の撮像領域を示す図。
【図９】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１０】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１１】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１２】第１実施形態に係る撮像装置を適用した撮像システムの構成図。
【図１３】第２実施形態に係る撮像装置の撮像領域を示す図。
【図１４】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１５】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１６】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１７】第３実施形態に係る撮像装置の撮像領域を示す図。
【図１８】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図１９】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図２０】画素ユニットの断面視の配置及び上面視の配置を示す図。
【図２１】第４実施形態に係る撮像装置の撮像領域を示す図。
【図２２】第４実施形態に係る撮像装置における感度の分布を示す図。
【符号の説明】
【００８３】
１，１００，２００，３００，４００  撮像装置
２−１  第１の光電変換部
２−２  第２の光電変換部
３  電荷保持部
５−１  第１の転送ゲート
５−２  第２の転送ゲート
６−１  第１の配線層
６−２  第２の配線層
７−１  第１の層内レンズ
７−２  第２の層内レンズ
８−１  第１のカラーフィルタ
８−２  第２のカラーフィルタ
９−１  第１のマイクロレンズ
９−２  第２のマイクロレンズ
９０  撮像システム
ＰＡ  撮像領域
ＰＵ  画素ユニット
【図１】
2008294845.tif 000003
【図２】
2008294845.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008294845.tif 000012
【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】
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【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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