(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位画素が複数配置された固体撮像素子であって、
前記単位画素は、撮像光学系から入射した入射光を集光する集光手段を備え、
前記集光手段は、第１の屈折率分布と第２の屈折率分布とを備え、
前記第１の屈折率分布および前記第２の屈折率分布は、円型周期構造を有する光透過膜によって生じる実効屈折率分布を有し、前記光透過膜の円周幅は入射光の波長と同程度かその波長より小さく、
前記単位画素は、さらに、予め特定された波長の光を選択する波長選択フィルタを、前記第１の屈折率分布を有する光透過膜と前記第２の屈折率分布を有する光透過膜との間に備え、
前記集光手段では、
前記撮像光学系の像面湾曲収差を補正するように前記第１の屈折率分布の焦点距離が前記固体撮像素子の中心部から周辺部に向かって長くなり、
前記撮像光学系の色収差を補正するように前記第２の屈折率分布の焦点距離が波長選択フィルタで選択される波長帯域であるR（赤）、G（緑）、B（青）ごとに同一である
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記実効屈折率分布は、当該単位画素の画素中心に対して非対称である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記集光手段は、さらに、
前記第１の屈折率分布を有する光透過膜と前記第２の屈折率分布を有する光透過膜の間に、第３の屈折率分布を有する光透過膜を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１に記載の固体撮像素子を有するカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像素子に関し、特に撮像光学系の収差により生じる像面湾曲を補正する機能を有する固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカメラ付携帯電話等の急速な普及に伴い、固体撮像素子の市場規模は著しく拡大してきた。そして、デジタルカメラやカメラ付携帯電話などの薄型化の要望に伴い、カメラモジュール部の薄型化に対する要望も強くなっている。これは言い換えれば、カメラ部分に用いるレンズ系の構成枚数を減らし、短い光学系を構成すること、レンズ系が短焦点になることを意味する。さらに言い換えれば、レンズ系は構成枚数の減少により、収差により生じる像面湾曲の補正が困難になること、固体撮像素子に入射する光は広角（固体撮像素子の入射面の垂直軸から測定して大きな角度）になることを意味する。
【０００３】
このため、上記の撮像光学系の収差より生じる像面湾曲を補正する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１の固体撮像装置では、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲に対応した湾曲面に対応するように、薄膜化した固体撮像素子を湾曲形状に沿わせて貼り合わせた構成となっている。この構成により、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、解像度良く撮像することができる。また、この構成では、固体撮像素子が湾曲しているので、固体撮像素子に入射する光の入射角も緩和される。
【０００５】
また、特許文献２の光学系では、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲に対応した湾曲面に対応するように、段差形状が設けられ、それに合わせて焦点距離の異なるマイクロレンズが設けられた構成となっている。この構成により、像面湾曲を補正する構成となっている。また、別の開示では、固体撮像素子に設けられたマイクロレンズの口径を固体撮像素子の周辺にいくほど大きくし、焦点距離を変化させて像面湾曲を補正する構成をなっている。この場合は、周辺部で口径が大きいので、広角に入射する光も比較的受光することができる。
【特許文献１】特開２００３―１８８３６６号公報
【特許文献２】特表２００４―５２６３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１の技術では、固体撮像素子を薄膜化したり、湾曲させて貼り合わせたりした場合、湾曲による応力により白キズ等の画素欠陥が発生する。また、像面湾曲に合わせて、固体撮像素子を湾曲させて固定することも困難である。
【０００７】
また、特許文献２のマイクロレンズの作成方法では、焦点距離の異なるマイクロレンズを作成することが困難である。また、別の開示では、固体撮像素子に設けられたマイクロレンズの口径を固体撮像素子の周辺にいくほど大きくし、焦点距離を変化させて像面湾曲を補正する構成となっている。しかしながら、従来のマイクロレンズの作成方法では、口径が異なり、かつ、焦点距離の異なるマイクロレンズを作成することが困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲の補正し、さらに、固体撮像素子に広角に入射する光を受光することが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。さらに、波長によって結像位置が異なる色収差を防ぐことが可能な固体撮像素子を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像素子は、単位画素が複数配置された固体撮像素子であって、前記単位画素は、撮像光学系から入射した入射光を集光する集光手段を備え、前記集光手段は、第１の屈折率分布と第２の屈折率分布とを備え、前記第１の屈折率分布および前記第２の屈折率分布は、円型周期構造を有する光透過膜によって生じる実効屈折率分布を有し、前記光透過膜の円周幅は入射光の波長と同程度かその波長より小さく、前記単位画素は、さらに、予め特定された波長の光を選択する波長選択フィルタを、前記第１の屈折率分布を有する光透過膜と前記第２の屈折率分布を有する光透過膜との間に備え、前記集光手段では、前記撮像光学系の像面湾曲収差を補正するように前記第１の屈折率分布の焦点距離が前記固体撮像素子の中心部から周辺部に向かって長くなり、前記撮像光学系の色収差を補正するように前記第２の屈折率分布の焦点距離が波長選択フィルタで選択される波長帯域であるR（赤）、G（緑）、B（青）ごとに同一であることを特徴とする。
【００１０】
これにより、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００１１】
さらに、前記集光手段では、当該固体撮像素子の中央から周辺に配置されている単位画素ほど、当該単位画素における前記焦点距離が長いことを特徴とする。
【００１２】
また、前記集光手段では、当該固体撮像素子の中央から周辺に配置されている単位画素ほど、当該単位画素における前記角倍率が大きいことを特徴とする。
【００１３】
また、前記集光手段は、少なくとも第１の屈折率分布と第２の屈折率分布とを備えることとしてもよい。
【００１４】
また、前記第１の屈折率分布は、部分的に形成された光透過膜によって生じる実効屈折率分布を有することとしてもよい。
【００１５】
また、前記第２の屈折率分布の焦点位置は、当該固体撮像素子における面内で一定であることを特徴とする。
【００１６】
これらにより、複数の単位画素が形成された面の中央から周辺に向って、集光手段の焦点距離長くしたり、角倍率が大きくしたりすることができ、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００１７】
さらに、前記実効屈折率分布は、当該単位画素の画素中心に対して非対称であることを特徴とする。
【００１８】
これにより、複数の単位画素が形成された面の中央から周辺に向って、実効屈折率分布を変心させることにより、固体撮像素子に広角に入射する光を受光することができ、かつ、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００１９】
さらに、前記集光手段は、前記第１の屈折率分布と第２の屈折率分布の間に、第３の屈折率分布を有する光透過膜を備えることを特徴とする。
【００２０】
これにより、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができ、かつ、第３の屈折率分布がリレーレンズの役割を果たし、光の集光を確実に行うことができる。
【００２１】
さらに、前記単位画素は、さらに、予め特定された波長の光を選択する波長選択フィルタを備え、前記集光手段は、前記波長選択フィルタによって選択された光に対応する屈折率分布を有することを特徴とする。
【００２２】
また、前記波長選択フィルタは、前記第１の屈折率分布を有する光透過膜と前記第２の屈折率分布を有する光透過膜の間に設置されていることを特徴とする。
【００２３】
これらにより、撮像光学系に生じる波長帯域による像面湾曲の違いや色収差があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、上記固体撮像素子を有するカメラとして実現することもできる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の固体撮像素子は、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。さらに、固体撮像素子に広角に入射する光があっても、確実に受光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の断面構造の概略を示す図である。固体撮像素子１００は、デジタルカメラやカメラ付携帯電話などに適用される撮像素子であり、単位画素（画素サイズ□２．２μｍ）が２次元状に配置されている。そして、各単位画素は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１、第２の屈折率分布を有する光透過膜２、受光素子（Ｓiフォトダイオード）３、配線４、波長選択フィルタ（カラーフィルタ）５およびＳi基板６を備える。
【００２８】
図１に示す画素（１）は、固体撮像素子１００のほぼ中央部に配置された単位画素であり、波長選択フィルタ５ｃを備える。また、画素（ｎ）は、固体撮像素子１００の周辺部に配置された単位画素であり、波長選択フィルタ５ａを備える。なお、画素（ｎ−x）は、画素（１）と画素（ｎ）の間に配置された単位画素であり、波長選択フィルタ５ｂを備える。各単位画素に設けられている第２の屈折率分布を有する光透過膜２は、集光すべき波長帯毎にほぼ同一の屈折率分布を有し、受光素子３側の主光線角度（像側の主光線角度）７であるΘ0は、ほぼ同一である。そして、撮像光学系側の主光線角度（物体側の主光線角度）８は、画素毎に、Θ1、Θn-x又はΘnと表され、Θ0／Θ1＜Θ0／Θn-x＜Θ0／Θnとなるように、画素毎に第１の屈折率分布が異なる。
【００２９】
図２は、本実施の形態に係る固体撮像素子と撮像光学系の概略を示す図である。このように、固体撮像素子の中央部から周辺部に向って、撮像光学系の像面湾曲の収差を補正するように焦点距離が長くなるように、または、角倍率（像側の主光線角度と物体側の主光線角度の比）が大きくなるように第１の屈折率分布を有する光透過膜１と第２の屈折率分布を有する光透過膜２を設けている。この構成により、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。さらに、波長選択フィルタで選択される波長帯域であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に合わせて、第１の屈折率分布と第２の屈折率分布が設計されている。
【００３０】
図３は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１および第２の屈折率分布を有する光透過膜２と、それらの光透過膜によって構成される固体撮像素子１００上の集光素子機能１１を概略的に示したものである。また、図４は、集光素子機能１１が２次元的に配置された様子を示した図である。
【００３１】
さらに、図５は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１の上面図を示す図である。図５の同心円構造で示される第１の屈折率分布を有する光透過膜１は、高屈折率材料３２［ＳiＯ2（ｎ＝１．４５）］と低屈折率材料３３［空気（ｎ＝１．０）］で構成されており、隣り合う円型光透過膜の外周の半径差（Ｔ0）３４は２００ｎｍである。また、膜厚は１．２μｍである。
【００３２】
図６は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１の断面構造を示す図である。図６において、任意の円形光透過膜における高屈折率材料３２の円周幅（「線幅」ともいう。）３５をＴ1で示す。同心円状の高屈折率材料３２の円周幅３５は、円の中心部分が最も大きく、外側のリングになるに従って順に小さくなっていく。光透過膜の周期（即ち、隣り合う円型光透過膜の外周の半径差３４）が入射光２１の波長と同程度かその波長より小さいときには、光が感じる有効屈折率は、高屈折率材料と低屈折率材料の体積比によって算出できる。本構造の最大の特長は、円周幅３５を変えるだけで、屈折率分布を自由自在に制御できることである。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｃ）は、第１の屈折率分布を示す図である。図７（ｃ）は、固体撮像素子１００のほぼ中央部に配置された画素（１）の屈折率分布を示している。図７（ａ）は、固体撮像素子１００の周辺部に配置された画素（ｎ）の屈折率分布を示している。図７（ｂ）は、画素（１）と画素（ｎ）の間に配置された画素（ｎ−ｘ）の屈折率分布を示している。
【００３４】
固体撮像素子１００の中央部では、図７（ｃ）に示すように屈折率変化が大きく、短焦点設計となっている。さらに、固体撮像素子１００の周辺部では、図７（ａ）に示すように屈折率変化が小さく長焦点設計となっており、第１の屈折率分布を有する光透過膜１の構造を像面湾曲に合わせて設計している。
【００３５】
光透過膜の周期が入射光２１の波長と同程度か小さいときには、光が感じる有効屈折率ｎeffは、
ｎeff = [Ｗnh＋(ａ−Ｗ) ｎl]／ａ                              （１）
で表すことができる。ここで、Ｗは同心円の円周幅３５、ａは隣り合う円型光透過膜の外周の半径差（「ピッチ」ともいう。）３４、ｎhおよびｎlはそれぞれ高屈折率材料および低屈折率材料の屈折率である。
【００３６】
第１の屈折率分布は、画素中央部分が最も高く、端になるに従って順に低くなるような放物線状の屈折率分布を持つ。以下の（２）式は、波長λの入射光２１を焦点距離ｆで集光させるための屈折率分布を示している。
【００３７】
Δｎ(x)＝Δｎmax［Ａｘ2／２π＋Ｃ］（Ａ、Ｃ：定数）         （２）
【００３８】
ここで、Δｎmaxは、入射側媒質とレンズ材料との屈折率差（今回は０．４５）である。また、上記（２）式は、入射側媒質の屈折率をｎ0、出射側媒質の屈折率をｎ1とするときに、
Ａ＝−（ｋ0ｎ1）／２ｆ                                       （３）
ｋ0＝２π／λ                                                （４）
によってパラメータを設定することができる。これにより、目的とする焦点距離や波長毎にレンズを最適化することが可能となる。なお、上記（２）式において、画素中央からの距離ｘの２次関数で定義されている項は集光成分を示している。
【００３９】
上記からも明らかなように、本発明に係る集光素子の最大の特長は、円周幅３５であるＷを変えるだけで、焦点を自由自在に決定できることであり、特定の波長をもつ光に対応した分布屈折率レンズを実現できることである。
【００４０】
半径差３４であるピッチ（ａ）を２００ｎｍ、膜厚を１．２μｍ、焦点距離fを４．３μｍとした場合、入射波長０.４５μｍ（青）のとき最小の円周幅Ｗは、約６０ｎｍとなる。また、入射波長０.５５μｍ（緑）、入射波長０.６５μｍ（赤）のときの最小の円周幅Ｗは、それぞれ約７５ｎｍ、約９０ｎｍとなる。
【００４１】
さらに、第２の屈折率分布を有する光透過膜２は、同心円構造の高屈折率材料３２［ＳiＮ（ｎ＝１．９５）］と低屈折率材料３３［ＳiＯ2（ｎ＝１．４５）］で構成されており、隣り合う円型光透過膜の外周の半径差３４は２００ｎｍである。また、膜厚は１．２μｍである。各画素に設けられた第２の屈折率分布を有する光透過膜２は、ＲＧＢの入射波長ことに、ほぼ同一の屈折率分布を有するように設計されている。
【００４２】
また、第２の屈折率分布は、図８に示すように屈折率材料３６［ＳiＮ（ｎ＝１．９５）］を用いた層内レンズ１２で実現してもよい。この場合は、各単位がその中央付近と周辺付近ではその厚さは異なるが、ほぼ同一の屈折率分布を有するレンズで構成する。図９は、前記層内レンズを用いた場合の固体撮像素子１００と撮像光学系の概略を示す図である。このように、固体撮像素子１００の中央部から周辺部に向って、焦点距離が長くなるように、または、角倍率が大きくなるように、第１の屈折率分布を有する光透過膜１と第２の屈折率分布を有する層内レンズ１２とを設けることにより、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００４３】
以上のように、本発明に係る固体撮像素子は、当該素子の中央部から周辺部に向って、角倍率が大きくなるように第１の屈折率分布を有する光透過膜と、第２の屈折率分布を有する光透過膜又は層内レンズとを設けることにより、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、さらに、広角に入射する入射光２１に対応した固体撮像素子の実施の形態について説明する。
【００４５】
図１０は、第１の屈折率分布を有する光透過膜５１の上面図を示す図である。第１の屈折率分布を有する光透過膜５１の同心円構造は、高屈折率材料３２［ＳiＯ2（ｎ＝１．４５）］と低屈折率材料３３［空気（ｎ＝１．０）］で構成されており、隣り合う円型光透過膜の外周の半径差（ピッチ）３４は、２００ｎｍである。また、膜厚は１．２μｍである。このときの屈折率の変化は図１１のように表され、画素中心に対して非対称である。レンズの屈折率は、円の中心部分が最も高く、端になるに従って順に低くなるため、図１２に示す入射光２１のように、斜め方向（広角）から入射される光の方向を変えることができる。
【００４６】
この場合の第１の屈折率分布は、以下の（５）式のような形式で表される。
Δｎ(x)＝Δｎmax［(Ａｘ2＋ＢｘＳｉｎθ)／２π＋Ｃ］      （５）
（Ａ、Ｂ、Ｃ：定数）
【００４７】
ここで、Δｎmaxは、入射側媒質とレンズ材料との屈折率差（今回は０．４５）である。また、上記（５）式は、入射側媒質の屈折率をｎ0、出射側媒質の屈折率をｎ1とするときに、
Ａ＝−（ｋ0ｎ1）／２ｆ                                  （６）
Ｂ＝−ｋ0ｎ0                                            （７）
ｋ0＝２π／λ                                           （８）
によってパラメータを設定することができる。これにより、目的とする焦点距離ならびに対象とする入射光の入射角度や波長に応じて最適なレンズ設計をすることが可能となる。なお、上記（５）式において、画素中央からの距離ｘの２次関数で定義されている項は集光成分を、ｘと三角関数の積で定義されている項は偏向成分をそれぞれ示している。
【００４８】
ここで、上記（５）式で表される放物線はもちろん連続であり、理想的な屈折率分布である。しかしながら、実際の微小光学系（サブミクロン領域）では、連続的な分布を形成することが極めて困難であり、プロセス負荷が非常に大きい。本発明では、上述のようなレンズの屈折率分布を、入射光波長の半分以下の領域で離散化することによって、同様の効果を得ている。
【００４９】
本実施の形態に係る第１の屈折率分布を有する光透過膜１では、入射光２１の波長によって各画素のレンズ構造を最適化することが可能であることから、入射角度による集光効率の違いはなく、高効率に集光することができる。０°入射光用屈折率分布では、同心円の中心が画素中央部分にあるのに対して、入射角度が増加すると、円の中心は光の入射側にシフトしていく。
【００５０】
これは、上記（５）式に示されているように、屈折率分布の２次曲線の最大値が、入射角度の増加に伴って、光入射側にシフトするためである。このとき、レンズの同心円構造は画素中心に対して非対称となる（上記図１１参照）。
【００５１】
例えば、画素サイズ□２．２μｍで集光素子の焦点距離fを４．３μｍとし、中心画素から８００画素離れた画素に入射角を３０°の光が入射する場合、円の中心は約１．４μｍ中心側へシフトする。
【００５２】
また、上記（５）式のパラメータＡ、Ｂ、ｋ0の関係から明らかなように、位相変調は対象とする光の波長によって異なる。これは各画素に入射する光の色に応じて、最適なレンズ構造を持つことを意味している。本実施の形態において、波長０.４５μｍ、０.５５μｍおよび０.６５μｍの光を、それぞれの色用のレンズ構造を有する単位画素に入射した場合、いずれも高い集光効率を示す。
【００５３】
以上のように、本発明に係る固体撮像素子は、複数の単位画素が形成された面の中央から周辺に向って、実効屈折率分布を変心させることにより、固体撮像素子に広角に入射する光を受光することができ、かつ、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図１３は、本実施の形態に係る固体撮像素子３００の断面構造の概略を示す図である。各単位画素（画素サイズ□２．２μｍ）は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１、第２の屈折率分布を有する光透過膜２、第３の屈折率分布を有する光透過膜９、受光素子（Ｓiフォトダイオード）３、配線４、波長選択フィルタ（カラーフィルタ）５およびＳi基板６を備える。
【００５５】
例えば、画素（１）は、固体撮像素子のほぼ中央部に配置された単位画素であり、画素（ｎ）は、固体撮像素子の周辺部に配置された単位画素である。画素（ｎ−ｘ）は、画素（１）と画素（ｎ）の間に配置された単位画素を表す。各画素に設けられた第２の屈折率分布を有する光透過膜２は、集光すべき波長帯毎にほぼ同一の屈折率分布を有し、受光素子３側の主光線角度（像側の主光線角度）７であるΘ0は、ほぼ同一である。そして、撮像光学系側の主光線角度（物体側の主光線角度）８は、画素毎に、Θ1、Θn-x、Θnと表され、Θ0／Θ1＜Θ0／Θn-x＜Θ0／Θnとなるように、画素毎に第１の屈折率分布が異なる。さらに、第３の屈折率分布を有する光透過膜９が、第１の屈折率分布を有する光透過膜１と第２の屈折率分布を有する光透過膜２の間に構成され、リレーレンズの役割をしている。これにより、光の集光を確実に行うことができ、撮像光学系の収差により生じる像面湾曲があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
図１４は、本実施の形態に係る固体撮像素子４００の断面構造の概略を示す図である。各単位画素（画素サイズ□２．２μｍ）は、第１の屈折率分布を有する光透過膜１、第２の屈折率分布を有する光透過膜２、受光素子（Ｓiフォトダイオード）３、配線４、波長選択フィルタ（カラーフィルタ）５およびＳi基板６を備える。
【００５７】
例えば、画素（１）は、固体撮像素子のほぼ中央部に配置された単位画素であり、画素（ｎ）は、固体撮像素子の周辺部に配置された単位画素である。画素（ｎ−ｘ）は、画素（１）と画素（ｎ）の間に配置された単位画素を表す。各画素に設けられた第２の屈折率分布を有する光透過膜２は、集光すべき波長帯毎にほぼ同一の屈折率分布を有し、受光素子側の主光線角度（像側の主光線角度）７であるΘ0は、ほぼ同一である。そして、撮像光学系側の主光線角度（物体側の主光線角度）８は、画素毎に、Θ1、Θn-x、Θnと表され、Θ0／Θ1＜Θ0／Θn-x＜Θ0／Θnとなるように、画素毎に第１の屈折率分布が異なる。さらに、第１の屈折率分布を有する光透過膜１、第２の屈折率分布を有する光透過膜２の間にフィルタが構成された構成としてもよい。これにより、撮像光学系に生じる波長帯域による像面湾曲の違いや色収差があっても、像面湾曲を補償し、解像度良く撮像することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の固体撮像素子は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話などの撮像機能を有する機器に利用が可能であり、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像素子の基本構造を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る固体撮像素子と撮像光学系の概略を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る第１の屈折率分布を有する光透過膜および第２の屈折率分布を有する光透過膜と、それらの光透過膜によって構成される固体撮像素子上の集光素子機能を概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１に係る集光素子機能が２次元的に配置された様子を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る第１の屈折率分布を構成する光透過膜の上面図である。
【図６】実施の形態１に係る第１の屈折率分布を構成する光透過膜の断面構造の一例を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係る第１の屈折率分布を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る第２の屈折率分布を有する光透過膜にとして層内レンズ［ＳiＮ（ｎ＝１．９５）］を用いた実施例を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る第２の屈折率分布を有する光透過膜に層内レンズを用いた場合の固体撮像素子と撮像光学系の概略を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る第１の屈折率分布を構成する光透過膜の上面図を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る第１の屈折率分布を構成する光透過膜の実効屈折率分布を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係る斜入射特性を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係る固体撮像素子の断面構造の概略を示す図である。
【図１４】実施の形態４に係る固体撮像素子の断面構造の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１      第１の屈折率分布を有する光透過膜
２      第２の屈折率分布を有する光透過膜
３      受光素子（Ｓiフォトダイオード）
４      配線
５、５ａ、５ｂ、５ｃ      波長選択フィルタ
６      Ｓi基板
７      受光素子側の主光線角度（像側の主光線角度）
８、８ａ、８ｂ、８ｃ      撮像光学系側の主光線角度（物体側の主光線角度）
９      第３の屈折率分布を有する光透過膜
１０      画素
１１      集光素子
１２      層内レンズ
２０      撮像レンズ
２１      入射光
２２      出射光
３１      画素中心
３２      高屈折率材料  ［ＳiＯ2（ｎ＝１．６５）］
３３      低屈折率材料  ［空気（ｎ＝１．０）］
３４      ピッチ（ａ）
３５      円周幅（Ｗ）
３６      屈折率材料
５１      光透過膜
１００      固体撮像素子
３００      固体撮像素子
４００      固体撮像素子
【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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【図８】
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【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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