(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置を提供する。【解決手段】セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが外側に向かい増大するように、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる屈折部を設けている。更に、各セルにおけるセル中心の屈折部の法線の傾きは、カメラレンズの中心Ｐ０から各セルの中心へ入射した光線が全て、Ｓｎｅｌｌの法則にしたがって屈折した後、カメラレンズの光軸上の所定の１点Ｑ０と各セルの感光部とを結ぶ直線上を進むように設計され、且つ、屈折部と感光部とを対応づけてずらして配置している。【選択図】　図１
2004144841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラレンズと該カメラレンズを通った光の結像面に感光部を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが外側に向かい増大するように、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる屈折部を設けていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、各セルにおけるセル中心の屈折部の法線の傾きは、カメラレンズの中心Ｐ０から各セルの中心へ入射した光線が全て、Ｓｎｅｌｌの法則にしたがって屈折した後、カメラレンズの光軸上の所定の１点Ｑ０と各セルの感光部とを結ぶ直線上を進むように設計され、屈折部と感光部とは対応づけてずらして配置していることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１ないし２において、屈折部は、その受光側の表面形状が各セルごとに平面をなしているものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし２において、屈折部は、その受光側表面部にマイクロレンズを形成するものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の撮像装置における屈折部の形成方法であって、屈折部を形成する前の固体撮像素子に対し、その屈折部形成側に、屈折部形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成した後、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するフォトマスクで、且つ、形成する屈折部の形状に合せて作製されたフォトマスクを用い露光して、現像して、形成するものであることを特徴とする撮像装置における屈折部の形成方法。
【請求項６】
請求項５において、フォトマスクは、順に、（ａ）屈折部形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成したものであることを特徴とする撮像装置における屈折部の形成する方法。
【請求項７】
請求項６において、透過光量（露光量）分布把握処理は、屈折部形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものであることを特徴とする撮像装置における屈折部を形成する方法。
【請求項８】
請求項６ないし７において、所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とする撮像装置における屈折部を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラレンズを通った光が結像する面に固体撮像素子を２次元的に配列させ、光の強度を電気信号に変換することによって，各画素における色または輝度情報という形式で動画像または静止画像を出力する撮像装置に関し、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサの受光部側上に微小な集光レンズ（マイクロレンズアレイ）等を配設した撮像装置に関する。
具体的には、デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ、携帯電話に組み込まれるカメラ、防犯用監視カメラ等の撮像装置が挙げられるがこれらに限定はされない。
【０００２】
【従来の技術】
カメラレンズと該カメラレンズを通った光の結像面に感光部を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置においては、近年、その感度を向上し、ノイズの低減を目的として、図１６に示すように、その感光部への集光効率を高めるために、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる微小集光レンズ（以下、マイクロレンズとも言う）を形成している。
撮像装置の構成概略図である図１６に基づいて、このような、撮像装置を簡単に説明しておく。
尚、図１６のＤ１は撮像部の中心部の断面で、Ｄ２は周辺部の断面で、他は省略して示してある。
カメラレンズ１１０の光軸１１５上を通過する光線は、固体撮像素子１２０の感光部１２５に垂直に入射し、光軸１１５から離れるに従い斜め入射する入射角θ０を大とするが、マイクロレンズ１３０により効率良く集光するためには、光軸１１５からのマイクロレンズ１３０の位置と感光部との位置関係を所定量だけずらしておく必要がある。
このようなずらしを画素ずらしと言い、従来は、画素ずらしにより、周辺の光量の低下を防止していた。
しかしながら、画素ずらしを採用した場合、マイクロレンズ１３０と固体撮像素子１２０の感光部を、それぞれ、均一なピッチで形成することはできず、設計上の制約やその作製が難しくなると言う問題があった。
また、画素ずらしはかなり効果的ではあるが、特に広角のカメラレンズに対しては効果が十分ではないという問題があった。
撮像素子としては、従来は、ＣＣＤイメージセンサが主流であったが、近年は消費電力の低さで優位性のあるＣＭＯＳイメージセンサがより積極的に採用されるようになってきた。
しかし、セル内で光が通過して感光部にまで達する奥行きは、ー般的にはＣＭＯＳイメージセンサの方が深いので、ＣＭＯＳイメージセンサの場合、ＣＣＤイメージセンサに比べ周辺光量低下も顕著でより問題となっていた。
【０００３】
尚、図１６におけるＤ０部のように、感光部１２５、平坦化層１７１、遮光部１５０、カラーフィルタ１４０、平坦化層マイクロレンズの組みを単位の感光機能領域として、セルと呼び、このようなセルが、撮像面側に敷き詰められている。
セルの撮像素子面に沿う断面は正方形であることが多いが、長方形や正六角形であることもあり、そのピッチサイズは、現状では、３μｍ〜１２μｍ程度であるものがー般的である。
感光部１２５はセルの底部に配置され、そこに入射した光の強度に応じて、光強度を電気信号に変換する。
そして、感光部１２５から出力された電気信号に補間等の処理を施すことにより．ディジタル画像が出力される。
セル内部に金属配線等を配置する必要性から、セルの底面全体にわたって感光部を設けるのは困難であり、感光部１２５の領域はセルの底面領域のー部分である。
【０００４】
このような微小集光レンズ（マイクロレンズ）は、従来、集光部上側に形成された樹脂部を熱フローにてレンズ状に形成していた。
この方法の１例を、図１７に基づいて、以下、簡単に説明しておく。
尚、図１７中、３０１はデバイス基板（イメージセンサ基板）、３０２はシリコンウエハ、３０３は感光部（受光部とも言う）、３０４はカラーフィルタ、３０４ａは平坦化層、３０５は平坦化層、３０６はレジスト層、３０７はフォトマスク、３０８は露光光、３０９はレジストパターン（現像後のレジスト像）、３１０は凸レンズ（熱フロー後のレジスト像）である。
本例は、シリコンウエハ３０２の一面に形成された感光部３０３上側に、カラーフィルタ３０４を配設したデバイス基板３０１（図１７（ａ）に対し、その各感光部３０３に対応して微小集光レンズを設ける場合である。
先ず、ディバイス基板３０１のカラーフィルタ３０４を覆う平坦化層３０５を設け、更に平坦化層３０５上にレンズを形成するための感光性の樹脂であるレジスト層３０６を塗布する。（図１７（ｂ））
次いで、フォトマスク３０７をレジスト層３０６に近接した状態で、レジスト層３０６を選択露光し（図１７（ｃ））、現像処理して、各感光部３０３に対応する領域に感光部３０３を覆う略四角状のレジストパターン３０９を形成する。（図１７（ｄ））
この後、熱処理してレジストパターン３０９を熱フローさせ、各感光部３０３に対応した凸レンズ３１０を形成する。（図１７（ｅ））
この方法の場合、レジストパターン３０９を熱フローにより凸レンズ形状とするため、所望の焦点距離を有する集光効率の良いレンズの形成することが難しかった。
特に、感光部までの距離が長いＣＭＯＳイメージセンサにおいては、熱処理による自然フローでは、焦点距離の長い設計通りのレンズ形状を形成することができなかった。
【０００５】
また、別に、特開平５−１４２７５２号公報には、微細なドットパターンの分布を用いて透過率を変化させることで，微小集光レンズを作成する方法が開示されている。
しかし、この方法の場合、エッチバックによりマイクロレンズを形成しており、且つ、マスクのパターン作成において、乱数によるパターンの配置を行う方法が採られているため、正確な所望の透過光量プロフファイルを得るのは困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３２７６２号公報（図１）
【特許文献２】
特開平５−１４２７５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーにおいては、感光部の集光効率を高めるため、フォトマスクを用いたパターン形成により、各感光部に微小集光レンズを形成し、更に、画素ずらしにより、周辺セルの感光部の受ける光量の低下を防いでいるが、設計上の制約やその作製の困難さがあり、且つ、周辺のセルの光量の低下防止の効果が十分でなく、対応が求められていた。
本発明は、これに対応するもので、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の図１６に示す撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、カメラレンズと該カメラレンズを通った光の結像面に感光部を２次元的に配列させている固体撮像素子を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが外側に向かい増大するように、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる屈折部を設けていることを特徴とするものである。
そして、上記において、各セルにおけるセル中心の屈折部の法線の傾きは、カメラレンズの中心Ｐ０から各セルの中心へ入射した光線が全て、Ｓｎｅｌｌの法則にしたがって屈折した後、カメラレンズの光軸上の所定の１点Ｑ０と各セルの感光部とを結ぶ直線上を進むように設計され、屈折部と感光部とを対応づけてずらして配置していることを特徴とするものである。
そして、上記において、屈折部は、その受光側の表面形状が各セルごとに平面をなしているものであることを特徴とするものである。
あるいは、上記において、屈折部は、その受光側表面部にマイクロレンズを形成するものであることを特徴とするものである。
尚、ここでは、「対応づけてずらして」とは、屈折部と感光部とを対応づけて、集光効率を良くするように、中央セル部では、ずらし量を０とし外側に行くに従いずらし量を大きくすることを意味する
【０００９】
本発明の撮像装置における屈折部の形成方法は、上記発明の撮像装置における屈折部の形成方法であって、ウエハレベルで、屈折部を形成する前の固体撮像素子に対し、その屈折部形成側に、屈折部形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成した後、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するフォトマスクで、且つ、形成する屈折部の形状に合せて作製されたフォトマスクを用い露光して、現像して、形成するものであることを特徴とするものである。
そして、上記において、フォトマスクは、順に、（ａ）屈折部形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成したものであることを特徴とするものであり、透過光量（露光量）分布把握処理は、屈折部形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものであることを特徴とするものである。
また、上記において、所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
本発明の撮像装置は、このような構成にすることにより、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の図１６に示す撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置の提供を可能としている。
具体的には、セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが外側に向かい増大するように、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる屈折部を設けていることにより、これを達成している。
即ち、このようにすることにより、従来に比べて、奥行きがあるセルに入射した光が、よりその感光部へ達し易くなり、周辺セルの感光部の受ける光量の低下の問題を低減することとなる。
更に、各セルにおけるセル中心の屈折部の法線の傾きは、カメラレンズの中心Ｐ０から各セルの中心へ入射した光線が全て、Ｓｎｅｌｌの法則にしたがって屈折した後、カメラレンズの光軸上の所定の１点Ｑ０と各セルの感光部とを結ぶ直線上を進むように設計され、且つ、屈折部と感光部とを対応づけてずらして配置していることにより、屈折部のピッチ、感光部のピッチを均一にでき、ピッチからくる設計上の制約や作製の困難性を解消できるものとしている。
屈折部としては、屈折部は、その受光側の表面形状が各セルごとに平面をなしているもの、あるいは、その受光側表面部にマイクロレンズを形成するものが挙げられる。
【００１１】
本発明の撮像装置における屈折部の形成方法は、このような構成にすることにより、上記本発明の撮像装置における屈折部の形成方法の提供を可能としている。
特に、ウエハレベルでフォトマスクを用いて露光（通常はステッパ露光）を行なう場合には、量産性の良いものとしている。
用いられるフォトマスクとしては、具体的には、順に、（ａ）屈折部形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成したものが挙げられ、その透過光量（露光量）分布把握処理は、屈折部形成用の素材である感光性材料層を露光し、現像して、得られた、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係のデータと、所望の被加工物の形状のプロファイルとから、露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層の現像後の感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得るものが挙げられ、更に、前記所定のアルゴリズムが誤差分散法あるいはオーダードディザ法であるものが挙げられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例を挙げ、図に基づいて説明する。
図１は本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例の概略構成図で、図２は図１に示す第１の例撮像装置における光路を説明するための図で、図３（ａ）は本発明の撮像装置の実施の形態の第２の例の概略構成図で、図３（ｂ）は屈折部の拡大図で、図４は、本発明の撮像装置における屈折部の形成方法に用いるフォトマスクの形成方法の１例を示した概略工程図で、図５（ａ）はフォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図で、図５（ｂ）はフォトマスクパターンを表した図で、図６（ａ）は現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図で、図７はオーダードディザ法を説明するための図で、図８は最大値を１としたディザ行列を示した図で、図９は誤差分散法を説明するための図で、図１０は図６に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図で、図１１は誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図で、図１２は各種のディザ行列の例を表した図で、図１３（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１３（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図で、図１４は現像後屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜厚と透過光量の関係を示した図で、図１５はマスクと現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜プロファイルとの関係を示した図である。
図１において、Ａ１は撮像部の中心に断面図で、Ａ２は周辺の断面図であり、図３において、Ｂ１は撮像部の中心に断面図で、Ｂ２は周辺の断面図である。
また、図４において、Ｓ１１〜Ｓ２２は処理ステップを示す。
図１から図３において、１１０はカメラレンズ、１１５は光軸、１２０は撮像素子、１２５は感光部、１３０、１３１、１３２は屈折部、１３２Ａは底上げ部、１３２Ｂはレンズ部、１３５は（屈折部の）法線、１３７は光軸平行な線、１４０はカラーフィルタ、１５０は遮光部、１６０は光線、１７１、１７２は平坦化層である。
【００１３】
本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例を、図１に基づいて説明する。
第１の例の撮像装置は、カメラレンズ１１０と該カメラレンズを通った光の結像面に感光部１２５を２次元的に配列させている固体撮像素子１２０を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置で、セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが外側に向かい増大するように、各セルの受光部側表面に、透明材料からなる屈折部１３０を設けているもので、屈折部１３０は、その受光側の表面形状が各セルごとに平面をなしているものある。
尚、図１中、１３５は屈折部１３０の表面中心Ｒ（ここでは、セルの受光側の面の中心位置上である）における法線で、１３７は、光軸１１５に平行で屈折部１３０のＲを通る線で、法線１３５のこの線１３７からの傾きθｃを法線の傾きと言う。
θ１はＲにおける入射角である。
そして、各セルにおけるセル中心の屈折部１３０の法線の傾きは、カメラレンズの中心Ｐ０から各セルの中心へ入射した光線が全て、Ｓｎｅｌｌの法則にしたがって屈折した後、カメラレンズの光軸上の所定の１点Ｑ０と各セルの感光部とを結ぶ直線上を進むようになり、且つ、屈折部と感光部とを対応づけてずらして配置しているものである。
固体撮像素子１２０としては、ＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。
図２に示すように、第１の例の撮像装置においては、レンズの中心Ｐ０から各セル中心の屈折部１３０に入射され、屈折した光は、所定の１点Ｑ０と各セルの対応する感光部１２０中心を結ぶ直線上を感光部１２０側に進むように設計されている。
即ち、第１の例においては、各屈折部１３０、各感光部１２０は、それぞれ、所定の均一のピッチにて配列されており、少なくともどちらか一方が均一ピッチとならない従来のものに比べ、設計上の制約は少なく、製造の困難性も少なくなる。
【００１４】
本発明の撮像装置の実施の形態の第２の例を、図３に基づいて説明する。
第２の例の撮像装置は、図１に示す第１の例と同様、カメラレンズ１１０と該カメラレンズを通った光の結像面に感光部１２５を２次元的に配列させている固体撮像素子１２０を備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置で、セルの中心において、中心セルではカメラレンズの光軸と平行な法線をもち、周辺セルに向かうにつれて、その法線の傾きが内側に向かい増大するように、各セルの受光側表面に、透明材料からなる屈折部１３０（１３１、１３２に相当）を設けているものであるが、第２の例における屈折部１３０（１３１、１３２に相当）は、その受光側表面部にマイクロレンズを形成するものである。
尚、図３中、１３５は屈折部１３２（１３０）の表面中心Ｒ１（ここでは、セルの受光側の面の中心位置上である）における法線で、１３７は光軸１１５に平行で屈折部１３２（１３０）のＲ１を通る線で、法線１３５のこの線１３７からの傾きγｃを法線の傾きと言う。
γ１はＲにおける入射角である。
そして、第１の例と同様、レンズの中心から各セル中心の屈折部（１３１、１３２）に入射され、屈折した光は、所定の１点と各セルの対応する感光部１２０中心を結ぶ直線上を感光部１２０側に進むように設計されており、各屈折部（１３１、１３２）、各感光部１２０は、それぞれ、所定の均一のピッチにて配列されている。
尚、図３（ｂ）において、屈折部１３２の内、１３２Ａは底上げ部、１３２Ｂはレンズ部で、本例においては、レンズ部１３２Ｂを除去した場合、第１の例と同じものとなる。
【００１５】
法線の傾きを設計する方法を、第２の例について、以下簡単に説明しておく。空気の屈折率をｎ１　（≒１）とし、説明を簡単にするため、ここでは、仮に、マイクロレンズを含めセル内部を充填する透明な材質の屈折率をｎ２　として離しを進める。
まず，周辺部を代表するセルをひとつ決め，これを代表セルとする。
代表セルにおけるマイクロレンズ中心からの法線の傾きを次のようにして決定する。
カメラレンス中心からその代表セルに至る光線の入射角をγ１　とする。
まず、マイクロレンズがないものとし、セル表面が水平面（　すなわち法線がカメラレンスの光軸と平行）　であったと仮定し、このときの屈折角をγ２　とする。
Ｓｎｅｌｌの法則により、
ｎ１　ｓｉｎ（γ１　）＝ｎ２　ｓｉｎ（γ２　）
である。
この式により、γ２　を算出することができる。
いま、カメラレンズの光軸および、上述の入射光線とを含む平面をＳとする。セル表面の法線が平面Ｓ内に収まるというという制約の下で、セル表面を角度γｃだけ傾ける。
これにより、向じ入射光線が先ほどの屈折角γ２よりも小さなγ２’になるようにしたい。
このγ２’は適当な値を与える。
垂直にしたい場合はγ２’＝０とする。
そうすると、Ｓｎｅｌｌの法則は
ｎ１　ｓｉｎ（γ１　＋γｃ）＝ｎ２　ｓｉｎ（γ２　＋γｃ）
と記述される。
未知の変数γｃが両辺に入っており、正弦関数の中身になっているので、これをー般的に解くことはできないので、ニュートン法などの数値解法を用いて．個別に数値解を求める。
これで、セル表面の傾斜角γｃが決まる。
マイクロレンズ（図３（ｂ）の１３２Ｂに相当）は，この傾いた平面上面の上に形成すると考えると、今、求めた法線がマイクロレンズの中心からの法線となる。
次に、代表セル以外のセルにおけるマイクロレンズの中心からの法線の傾きを次のようにして決定する。
これは、各セルごとに決めることになる。
いま、任意のひとつのセルを着目セルとし、また、代表セルの屈折した後の光路の延長とカメラレンズの光軸との交点をＱ１とする。
カメラレンズの中心から着目セルに至る入射光が屈折してあたかも点Ｑ１から放射されたかのごとく進むように、底上げ部（図３（ｂ）の１３２Ａに相当）の傾きを決める。
この際も、上述したのと同様に行うことができる。
この操作を、各セルについて行なう。
【００１６】
次いで、第１の例あるいは、第２の例の撮像装置における屈折部（第１の例の１３０ないし第２の例の１３１、１３２）の形成方法を、以下簡単に説明する。尚、これをもって、本発明の撮像装置における屈折部の形成方法の実施の形態の１例に代える。
先ず、ウエハレベルの状態で、屈折部を形成する前の固体撮像素子に対し、その屈折部形成側に、屈折部形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層を塗布形成しておく。
次いで、感光性材料層を、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するフォトマスクで、且つ、形成する屈折部の形状に合せて作製されたフォトマスクを用いて露光して、現像して、屈折部を形成する。
露光は、通常ステッパーを用いて、繰り返し露光により行なう。
簡単には、以上のように、屈折部形成用の素材である露光量に応じて残膜厚の変化する感光性材料層をフォトリソ工程により加工して、撮像素子上に所望の屈折部を形成する。
微細なドットパターンとしては、フォトマスクの透過光量（露光量）分布の面からは、露光波長では解像しないサイズで小さいものほど好ましいが、例えば、露光波長３６５ｎｍ（ｉ線）の、１／５縮小投影レチクルマスクを対象とした場合には、光学的に解像性という面からは、ＮＡが０．　６３、σが０．　６で、シミュレーション計算からは９００ｎｍ以下であることが必要である。
また、レジスト（感光性レジスト材料）がレンズ形成用材料であり、現像後のレジストの所望のプロファイルが、レンズ形状のプロファイルである場合（特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサの受光部上側への微小な集光レンズ（マイクロレンズアレイ）用のレンズのものである場合）、作製するレンズの曲面を表現するには、４μｍ角で、２０×２０ドットが必要とされているため、これを確保するには、１ドットのサイズは１０００ｎｍ以下であることが求められる。しかし、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約もあり、現状では、１ドットサイズは３００ｎｍ以上に制限されてしまう。
結局、微細なドットパターンのサイズは、光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
【００１７】
以下更に、このようなフォトマスクの製造方法を説明しておく。
上記加工に用いられるフォトマスクは、順に、（ａ）屈折部形成用の素材である感光性材料層の現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を得て、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す、透過光量（露光量）分布把握処理と、（ｂ）露光においてフォトマスク面上は均一照度とし、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理とを行ない作成されたフォトマスクのパターンデータを用い、描画して形成する。
【００１８】
本発明のパターンデータの作製方法とフォトマスクの作製を図４に基づいて説明する。
予め、所望の現像後のプロファイルを得る屈折部形成用の素材である感光性材料層（ここでは、感光性レジスト材料、あるいは単にレジストとも言う）と、この感光性材料層を露光する露光波長を決めておく。（Ｓ１１、Ｓ１２）
先ず、決められた感光性材料層を、所定の膜厚に前記現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して（Ｓ１３）、露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データを求める。（Ｓ１４）
数式化した露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データとしても良い。
感光性材料層としてポジレジストを用いる場合、透過光量（露光量のこと）と残膜厚の関係は、通常、図１４のようになる。
尚、図１４においては、透過光量（露光量）、残膜厚とも正規化して示してある。
作製する現像後の感光性材料層の像によっては、絵柄の形状や粗密によって、露光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応し、数種のデータ採り込みを行なう必要がある。
尚、必要な種類の、所望の現像後のプロファイルを得るための感光性レジスト材料の、露光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、露光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。
この露光量と感光性材料層の残膜厚の関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル（Ｓ１５）にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める。（Ｓ１６）
上記Ｓ１３〜Ｓ１５を経てＳ１６に至る一連の処理が透過光量（露光量）分布把握処理である。
尚、通常は、得たいプロファイルの関数について、感光性材料層、露光系などに対して最適化した補正式をかける。
フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として露光量分布をＺ座標上のｚ値として表す。
ここでは、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）と表し、図５（ａ）に示すように求められるとする。
一方、フォトマスクの、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズを所定サイズに決定しておく。（Ｓ１７）
ここでは、Ｘ方向幅ａ、Ｙ方向幅ａとする。
先にも述べた通り、露光波長による光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、フォトマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
次いで、求められた、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム（Ｓ１８）を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、Ｘ−Ｙ座標上、該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。（Ｓ１９）
所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法やオーダードディザ法が挙げられる。
そして、この決定に基づき、ＣＡＤツールにより、Ｘ−Ｙ座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。（Ｓ２０）
上記の、Ｓ１８〜Ｓ２０に至る一連の処理がドットパターンの生成処理である。
このようにして、パターンデータを作製することができるが、図５（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）に対応するパターンデータは、図５（ｂ）のようになる。
【００１９】
ここで、所望の現像後のプロファイルを得る露光量分布が、図６（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）であり、各位置（ｘ、ｙ）のｚ値が図６（ｂ）の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図７に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。
図６（ｂ）に示す表は図７（ａ）の表と同じであるが、図７（ａ）の表のように、各位置におけるｚ値は配列される。
一方、例えば、図７（ａ）に示す表の配列に合せ、図８に示す最大値を１とした４行×４列のディザ行列を１単位とし、図７（ｂ）のように、この単位を３行×３列に配列させておく。
ここで、図７（ａ）の表の配列と、図７（ｂ）の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、図７（ｂ）の表側が図７（ａ）側よりも小の場合１、そうでない場合を０として、図７（ｃ）に示すように、同様の配列を求める。
ここでは、１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図７（ａ）に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。
尚、ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図７（ａ）に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。
また、ディザ行列には、図１２に示すような様々なパターンが考えられ、得たい露光分布に合わせて適宜選択して使用する。
【００２０】
次に、誤差分散法を適用する場合について説明する。
先ず、図９に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。
例えば、表の横方向を、縦方向をＸ方向、Ｙ方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル（画素とも言い、ピッチに対応するサイズである）を設け、各セルに図９（ａ）のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。
先ず、左上セルＰ０について、中間値（０．　５）を閾値とし、２値化を行なう。（図９（ｂ）
左上セルＰ０の値０．　１は２値化により０となる。
次いで、このセルＰ０に隣接するセルに重み付け加算（あるいは減算）して、図９（ｃ）のようになる。
図９（ｂ）中、▲１▼、▲２▼、▲３▼は、セルＰ０に対し、重み付け加算（あるいは減算）する隣接セルとその値を示している。
次に、隣のセルＰ１にに移り、２値化、重み付け加算（あるいは減算）して図９（ｄ）を得る。
更に、その隣のセルＰ２に移り、同様に、値化、重み付け加算（あるいは減算）して図９（ｅ）を得る。
以降、図９（ｅ）の矢印の方向に順次、各セルに対し、同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。
【００２１】
図６（ｂ）に示す表の場合、図１０のようになる。
即ち、図６（ａ）に示す露光量分布、Ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）の場合、図１０に示す１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図１０に示す０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
上記は、図１３（ａ）のように、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、これに限定はされない。
図１３（ｂ）、図１３（ｃ）の方向で処理を行なっても良い。
【００２２】
上記操作を、図１３（ｂ）（イ）、図１３（ｂ）（ロ）に示すような誤差分散行列を用いて、座標（０、０）からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。
ｆ（ｘ、ｙ）を元データ、ｆｎｅｗ（ｘ、ｙ）を誤差分散を行った後のデータ、ｇ（ｘ、ｙ）を閾値０．　５で２値化したデータ、Ｅｘｙを２値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図１１の（１）式〜（５）式のように表される。
これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図１０に相当する配列を求めることもできる。
【００２３】
次いで、上記のようにして作製された、ドットパターンを配置したパターンデータを用いて、電子線描画露光装置にて、フォトマスク用基板の遮光層上のレジストを露光描画し（Ｓ２１）、所定の現像、エッチング等のプロセス処理を経て、本発明のフォトマスク（Ｓ２２）を作製する。
このようにして作製されたフォトマスクを用い、露光して、例えば、屈折部形成用の被加工基板（イメージセンサ基板）上に屈折部形成用の素材である感光性材料層で屈折部を形成する場合、図１５（ａ）に示すように、フォトマスク２１０のパターンを屈折部形成用の被加工基板上の屈折部形成用の素材である感光性材料層２３０に、縮小投影にて露光し、現像して、図１５（ｂ）のように、屈折部形成用の被加工基板２４０上に直接屈折部を得ることができる。
このようにして、屈折部の形成が行われる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを撮像素子として備え、動画像または静止画像を出力する方式の撮像装置であって、従来の（図１６に示す）撮像装置に比べ、その設計上の制約やその作製の困難さがより少なく、且つ、周辺のセルの感光部の受ける光量の低下防止の効果がより効果的である撮像装置の提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の実施の形態の第１の例の概略構成図である。
【図２】図１に示す第１の例撮像装置における光路を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の撮像装置の実施の形態の第２の例の概略構成図で、図３（ｂ）は屈折部の拡大図である。
【図４】本発明の撮像装置における屈折部の形成方法に用いるフォトマスクの形成方法の１例を示した概略工程図である。
【図５】図５（ａ）はフォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布をＺ座標上の値ｚとして表した図で、図５（ｂ）はフォトマスクパターンを表した図である。
【図６】図６（ａ）は現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図である。
【図７】オーダードディザ法を説明するための図である。
【図８】最大値を１としたディザ行列を示した図である。
【図９】誤差分散法を説明するための図である。
【図１０】図６に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図である。
【図１１】誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図である。
【図１２】各種のディザ行列の例を表した図である。
【図１３】図１３（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１３（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図である。
【図１４】現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜厚と透過光量の関係を示した図である。
【図１５】マスクと屈折部形成用の素材である感光性材料層の残膜プロファイルとの関係を示した図である。
【図１６】従来の撮像装置の１例の概略構成図である。
【図１７】従来の微小な集光レンズの形成方法の工程を示した工程断面図である。
【符号の説明】
１１０　　　　　カメラレンズ
１１５　　　　　　光軸
１２０　　　　　　撮像素子
１２５　　　　　　感光部
１３０、１３１、１３２　　屈折部
１３２Ａ　　　　　底上げ部
１３２Ｂ　　　　　レンズ部
１４０　　　　　　カラーフィルタ
１５０　　　　　　遮光部
１６０　　　　　　光線
１７１、１７２　　平坦化層
２１０　　　　　　フォトマスク
２１１　　　　　　透明基板
２１２　　　　　　遮光膜
２２０　　　　　　露光光
２３０　　　　　　屈折部形成用の素材である感光性材料層
２３５　　　　　　現像後の屈折部形成用の素材である感光性材料層
２４０　　　　　　屈折部形成用の被加工基板（イメージセンサ基板）
【図１】
2004144841.tif 000003
【図２】
2004144841.tif 000004
【図３】
2004144841.tif 000005
【図４】
2004144841.tif 000006
【図５】
2004144841.tif 000007
【図６】
2004144841.tif 000008
【図７】
2004144841.tif 000009
【図８】
2004144841.tif 000010
【図９】
2004144841.tif 000011
【図１０】
2004144841.tif 000012
【図１１】
2004144841.tif 000013
【図１２】
2004144841.tif 000014
【図１３】
2004144841.tif 000015
【図１４】
2004144841.tif 000016
【図１５】
2004144841.tif 000017
【図１６】
2004144841.tif 000018
【図１７】
2004144841.tif 000019