(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、
それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、
を備え、
前記結像光学系は、前記平面反射板と前記複数の反射板との間に設けられ、前記光を伝播する可視光透過部材を更に備え、
前記撮像素子モジュールは、前記可視光透過部材中に埋め込まれていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、
それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、
を備え、
前記撮像素子モジュールは、前記可視光透過基板の前記撮像素子と反対側の面に、前記マイクロレンズアレイが設けられた領域以外の領域に設けられた可視光反射層を更に備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、
それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、
を備え、
前記撮像素子モジュールは、前記可視光透過基板の前記撮像素子と反対側の面に、前記マイクロレンズアレイが設けられた領域以外の領域に設けられた可視光吸収層を更に備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、前記第２の面の隣接する反射板間に設けられた可視光吸収部材と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、
それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記平面反射板と前記複数の反射板との間に設けられ、前記光を伝播する可視光透過部材を更に備えていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子モジュールは、前記可視光透過部材中に埋め込まれていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子モジュールは、前記第２の面に設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記開口は、１個であって、円環状の形状を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記開口は複数個設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可視画像及び距離情報を同時取得する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元アレイ情報として奥行き方向距離を得ることができる撮像技術は、参照光を使用する技術、複数カメラを使用したステレオ測距技術など様々な方法が検討されている。特に近年は、民生用途での新たな入力デバイスとして比較的廉価な製品のニーズが高まっている。
【０００３】
距離画像を間接的に取得する手法として、マイクロレンズを用いた撮像装置が知られている。この装置は、結像光学系と、撮像素子と、結像光学系と撮像素子の間に複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイが配置されている。結像光学系により、同一被写体点からレンズ開口絞り内部領域を通ってマイクロレンズアレイの面近傍に結像する光線群が、マイクロレンズによって、撮像素子の画素領域に再分配される。入射光線の分配は、マイクロレンズへの入射角の違いによってなされ、マイクロレンズへの入射角の違いは距離情報を反映する。よって、分配された光線群を各画素で取得した画素信号を画像処理することで、任意の距離に合焦した画像を再構成することができる。
【０００４】
また、結像レンズ開口幅内の任意視点画像も再構成できるため、複数視点から三角測量の原理で、距離画像情報を算出することが可能である。一般的に、任意の複数視点から距離画像情報を算出する場合、距離分解能は結像系の焦点距離と視点間の離間距離に比例して向上する。
【０００５】
このような撮像装置では、縦方向（焦点距離方向）、横方向（レンズ開口方向）ともに光学系サイズと距離分解能がトレードオフとなる課題があり、カメラの小型化の阻害要因となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】R. Ng, et al., Stanford Tech Report CTSR 2005-02, “Light Field Photography with a Hand-held Plenoptic Camera”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、距離分解能を向上させることができるとともに薄型化が可能な固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の固体撮像装置は、第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、を備え、前記結像光学系は、前記平面反射板と前記複数の反射板との間に設けられ、前記光を伝播する可視光透過部材を更に備え、前記撮像素子モジュールは、前記可視光透過部材中に埋め込まれていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の固体撮像装置を示す断面図。
【図２】第１実施形態の撮像素子モジュールを示す断面図。
【図３】第１実施形態の固体撮像装置を示す斜視図。
【図４】折り返し結像光学系を説明する図。
【図５】折り返し結像光学系を説明する図。
【図６】第１実施形態においてマイクロレンズを通過後の像を説明する図。
【図７】第１実施形態において視差画像から距離を推定する方法を説明する図。
【図８】第２実施形態の固体撮像装置を示す断面図。
【図９】第２実施形態の撮像素子モジュールを示す断面図。
【図１０】第２実施形態の固体撮像装置を示す斜視図。
【図１１】第２実施形態においてマイクロレンズを通過後の像を説明する図。
【図１２】第３実施形態の固体撮像装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の固体撮像装置は、第１の面に設けられて外周部に開口を有する円板形状の平面反射板と、前記第１の面に対向する第２の面にそれぞれが半径方向に沿って傾斜しかつ径が異なるように形成された複数の円環状領域に設けられた複数の反射板と、を備え、前記開口を介して入射した被写体からの光を、前記複数の反射板と前記平面反射板との間で反射して中央部に向かって伝播させ、前記中央部で結像させる結像光学系と、それぞれが複数の画素を含む複数の画素ブロックを有する撮像領域を備え、前記結像光学系からの光を受光し画像データに変換する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられた可視光透過基板と、前記可視光透過基板の前記撮像素子側の面上に設けられ前記複数の画素ブロックに対応して設けられた複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記撮像素子で取得された画像データを処理する画像処理部と、を含む前記結像光学系の前記第２の面の中央部に設けられた撮像素子モジュールと、を備えている。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態による固体撮像装置を図１に示し、この固体撮像装置に含まれる撮像素子モジュールを図２に示す。
【００１３】
第１実施形態の固体撮像装置１は、被写体を結像面に結像する第１の結像光学系１０と、撮像素子モジュール２０とを備えている。
【００１４】
第１の結像光学系１０は、折り返し反射型光学構造に基づく反射型結像レンズによって構成されている。被写体から放射されて左右から入射した光１００Ｌ、１００Ｒを、レンズと空気間における光の屈折によってではなく、傾きを調整した反射板によって反射させ可視光透過部材中を伝播させることで、同一点からの放射光線１００Ｌ、１００Ｒを一点に集める光学系である。この第１の結像光学系１０は、円板状の可視光透過部材１２と、この可視光透過部材１２の、被写体からの光が入射する第１の面に設けられた平面反射板１４と、可視光透過部材１２の、上記第１の面に対向する第２の面に設けられた複数（図では３個）の反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃとを備えている。
【００１５】
平面反射板１２は、可視光透過部材１２の第１の面の外周部領域１３以外の領域を覆うように設けられており、第１の面の外周部領域１３は、光線１００Ｌ、１００Ｒが入射する円環形状の開口部となっている。複数の反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃのそれぞれは、可視光透過部材１２の第２の面に、径が異なる円環状領域に設けられるとともに、可視光透過部材１２の半径方向に沿って傾斜するように設けられている。すなわち、可視光透過部材１２の第２の面には、可視光透過部材１２の半径方向に沿って傾斜するとともに径が異なる円環状領域の溝が形成され、これらの溝に、反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃを埋め込むことによって形成した構成となっている。なお、これらの溝は、旋盤加工ないしはエッチング工程などによって、設計された傾きに、同じ円周上は同一の高さを持つよう加工される。また、可視光透過部材１２の第２の面の中央部に、撮像素子モジュール２０が埋め込まれた構成となっている。なお、可視光透過部材１２の第２の面は、反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている領域と撮像素子モジュール２０が設けられている領域とを除く領域には、可視光吸収部材１７によって覆われている。このような構成とすることにより、第１の面に設けられた開口部１３から入射した光１００Ｌ、１００Ｒは、反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、平面反射板１２によって反射されて可視光透過部材１２中を伝播し、撮像素子モジュール２０に入射される。
【００１６】
撮像素子モジュール２０は、半導体基板２２上にフォトダイオードを有する複数の画素２４が形成されるとともに、これらの画素２４を駆動してこれらの画素２４からの信号を読み出す駆動／読み出し回路（図示せず）が形成された撮像素子２１を有している。画素２４の上部には、ｐおよびｑを自然数とするとき例えばp×q個の画素単位ごとに、もしくは画素ブロック２４Ａごとにカラーフィルタ２６が形成される。カラーフィルタ２６は、例えば赤、緑、青のベイヤー配列としても良い。このカラーフィルタ２６の上部には、１画素ごとに画素集光用のマイクロレンズ２８が形成されていてもよい。
【００１７】
ｐ×ｑ個の画素からなる画素ブロック２４Ａは、ｐ×ｑが大きいほど光線の視点数が増し、角度分解能が向上するが、その分、撮像素子２１がａ×ｂ個の画素を有しているとすると、全体のマイクロレンズの個数は（ａ×ｂ）／（ｐ×ｑ）個となるため、再構成された２次元画像の画素数（＝（ａ×ｂ）／（ｐ×ｑ））が小さくなり、２次元画像分解能が減少する。よって、角度分解能により影響を受ける距離精度、２次元画像の分解能は各々アプリケーションによって適切に設計されれば良い。
【００１８】
また、カラーフィルタ２６の上方に、複数のマイクロレンズ３２ａを有するマイクロレンズアレイ３２が形成された、可視光を透過する可視光透過基板３４が設けられている。可視光透過基板３４の、マイクロレンズアレイ３２が形成された側の面と反対側の面に透過層３６が形成され、この透過層３６の周囲に可視光反射層３８が形成されている。撮像素子モジュール２０に入射する光は透過層３６、可視光透過板３４、マイクロレンズアレイ３２、マイクロレンズ２８、カラーフィルタ２６を通って、画素に入射される。なお、マイクロレンズアレイ３２はガラス基板などの透明基板をエッチング加工したもの、または透明基板上に透明樹脂をモールド形成しレンズ形状を加工したもの、または透明基板上に透明感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーとその後の熱処理によってレンズ加工したものなどを用いることができる。なお、可視光反射層３８には、例えば、可視光反射率の高いアルミニウム、銀などの金属材料からなる鏡面反射膜を用いることができる。
【００１９】
なお、可視光透過基板３４は、画素２４が形成された撮像領域の周囲に設けられた樹脂材料のスペーサ９によって半導体基板２２と接合される。なお、半導体基板２２と可視光透過基板３４とを接合する際の位置合わせは、合わせマーク等を基準にして行う。可視光透過基板３４は、例えば不要な赤外光をカットする材料であっても良いし、赤外光をカットする膜が形成されていても良い。
【００２０】
また、半導体基板２２には、画素２４の読出し用電極パッド４２が設けられ、この電極パッド４２の下部には半導体基板２２を貫通する貫通電極４４が形成されている。そして半導体基板２２は、貫通電極４４およびバンプ４６を介してチップ５０と電気的に接続される。このチップ５０には、撮像素子２１を駆動するとともに、読み出された画像データを処理する画像処理回路が形成されている。
【００２１】
なお、半導体基板２２、可視光透過基板３４、およびチップ５０の周囲には、不要な光を遮断するための光遮蔽カバー６０が取り付けられる。そして、光遮蔽カバー６０にチップ５０と外部とを電気的に接続するモジュール電極６２が設けられる。
【００２２】
本実施形態においては、マイクロレンズアレイ３２は、第１の結像光学系１０の焦点距離に配置される。また、マイクロレンズ３２ａと撮像素子２１との間の距離は、マイクロレンズ３２ａの焦点距離分だけ離間される。
【００２３】
このように構成された本実施形態においては、第１の結像光学系１０の外周から入射する、被写体からの入射光が、マイクロレンズ３２ａによって対応する画素ブロック２４Ａ内の画素に視差を有する光線群として分離して入射し、該当する画素ブロック２４Ａ内の画素信号を、画像処理回路において画像処理することで距離画像情報および可視画像を取得する。
【００２４】
次に、第１の結像光学系１０について説明する。まず、結像光学系１０である、折り返し光学レンズについて説明する。折り返し光学レンズ１０は、円形の高い可視光透過率を有する可視光透過部材１２の第１の面に平面反射板１４、第２の面に形成された複数の反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、を有する。図３に示すように、光は平面反射１４が形成されていない外周部（開口）１３から入射する。第１の面に設けられた平面反射板１４と第２の面に設けられた複数の反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃとの間を繰り返し反射することで、一般的なガラス等で形成される屈折型結像レンズ群の光線軌跡を再現する。例えば、図４に示すように、凸レンズ７４と凹レンズ７５との２群の屈折型レンズを備え、光軸７１上に位置する被写体点７２から光線７３が放射され、凸レンズ７４を通って凹レンズ７５に入射された後、結像点７６で結像する光学系７０を考える。この光学系７０の場合、図５（ａ）に示すように、凸レンズ７４に光線が入射する前に開口７７を通過させる。
【００２５】
凸レンズによる屈折は、図５（ｂ）に示すように、平面反射板１４の内側に向かって平面反射板１４との厚みが厚くなるよう傾斜した反射板１６によって再現できる。
【００２６】
また、凹レンズによる屈折は、図５（ｃ）に示すように、平面反射板１４の内側に向かって平面反射板１４との厚みが薄くなるよう傾斜した反射板１６によって再現できる。
【００２７】
また、光線の直線進行は、平行平板１４、１６の反射によって再現できる。円環状の開口部の外側から入射する光線の入射角（θ１）と、内側から入射する光線の入射角(θ3)においては、図５（ｅ）に示すように、θ1>θ3のように異なるが、図５（ｄ）に示すように、平行平板の反射ではこれらの角度も保持される。
【００２８】
このように、平面反射板１４と複数の反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃとによって、屈折型結像レンズ群の光線軌跡を再現することができる。その結果、図１に示す第１の結像光学系１０のように、焦点距離に比較し、薄型の反射型光学系が構成できる
この際、結像は反射によってなされるため、屈折型で問題となるような屈折率の色分散が少ない。レンズ母材と空気の屈折率が異なる場合、レンズ母材への入射時、及びモジュールへの射出時に色分散が存在するが、複数レンズ群での屈折を利用した光学系よりは色収差が発生する機会は少ない。よって、色収差が抑えられることができる。ここでは、可視光透過部材１２の片面（第１の面）のみに傾斜反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成されているが、両面に反射板を設けるように構成してもよい。また、図では傾斜反射板は平板であるが、レンズ母材への入射時の色収差などを効果的に補正するため、曲率をもった傾斜としても良い。
【００２９】
折り返しレンズの母材となる可視光透過部材１２としては、ガラス、合成石英、フッ化カルシウム等、光学プラスチック等を用いることができる。しかし、可視光透過部材１２によって充填された構造ではなく、空洞が設けられており、第１、２の反射板で空洞間を反射しながら伝播する構造としても構わない。反射板１４、１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、可視光反射率の高い銀、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料からなる反射膜を用いることができる。
【００３０】
次に、第１の結像光学系１０と、マイクロレンズアレイ３２、および撮像素子の光学関係について説明する。
【００３１】
同一の被写体からの光は反射型結像レンズの円環型開口部１３である外周から入射し、マイクロレンズアレイ３２の各マイクロレンズ３２ａによって対応する画素ブロック２４Ａ内の画素２４に視差を有する光線群として入射する。入射光線の画素２４への分配は、マイクロレンズ３２ａへの入射角の違いによってなされ、マイクロレンズ３２ａへの入射角の違いは距離情報を反映する。画素ブロック２４Ａ内に形成される光強度分布は、図６に示すように、円環型の開口と相似形となる。
【００３２】
次に、視差画像から距離を推定する方法について説明する。
【００３３】
ここで、ある画素ブロック２４Ａ内の画素信号を画像処理することで距離画像情報および可視画像を取得する方法を説明する。
【００３４】
分配された光線群によって画素ブロック２４Ａ内に形成された光強度分布を各画素で取得する。例えば、図７に示すように、円環型の開口８２の両側から入射する被写体８０の光線は、第１の視点、第２の視点のそれぞれからの光線８６ａ、８６ｂであり、結像光学系８４への入射角度が距離によって異なる、いわゆる視差をもった光線である。図７に示すように、第１の視点、第２の視点の光線８６ａ、８６ｂは、結像光学系８４によって同一点に集光されるが、集光後、マイクロレンズアレイ３２のマイクロレンズ３２ａによって対応する画素ブロック２４Ａ内に再分配され、第１の視点の像８８ａ、第２の視点の像８８ｂとなり、それぞれ第１の視点、第２の視点からの光線を分離することができる。
【００３５】
この各々の視点の像の光線強度画素信号を、マイクロレンズ毎（画素ブロック毎）に抽出し、つなぎ合わせた上で画像処理することで、任意の距離に合焦した画像を再構成することができる。また、結像レンズの開口幅内の任意の視点画像も再構成できるため、複数の視点から三角測量の原理で、距離画像情報を算出することが可能である。一般的に、任意の複数の視点から距離画像情報を算出する場合、距離分解能は結像系の焦点距離と視点間の離間距離に比例して向上する。
【００３６】
次に、視差画像から距離を推定する際の精度について説明する。
【００３７】
一般的に、任意の複数の視点から距離画像情報を算出する場合、距離分解能は結像系の焦点距離と視点間の離間距離に比例して向上する。
【００３８】
２つのカメラ（右視点カメラ（ｒ）、左視点カメラ（Ｌ））間で、ステレオマッチングにおいて距離Ｚは（１）式によって求められる。
【数１】
0005127899.tif 000002
ここで、ｆは結像レンズの焦点距離、Ｂはカメラ（視点）の離間距離、ｘｌ、ｘｒはそれぞれのカメラ（視点）において検出された同一の被写体の点の座標を示し、ｘｌ−ｘｒ  は視差量を意味する。
【００３９】
また、距離分解能ΔＺは（２）式によって決まる。
【数２】
0005127899.tif 000003
ここで、Δｄは検出可能な最も小さい視差、例えば画素ごとにマッチング探索を行う場合は、１画素のサイズ、またサブピクセル探索を行い、１画素の１／４までマッチング精度があるとすると、Δｄ＝画素サイズ×１／４となる。焦点距離ｆが小さい程、精度は悪化し、また視点（カメラ）間距離が離れるほど精度は悪化する。例えば、マッチング精度が1画素単位としたとき、画素ピッチ１．４μｍにおいては、検出可能な最も小さい視差Δｄ＝１．４μｍとなり、このとき被写体までの距離Ｚ＝１ｍ、開口の離間距離がＢ＝５ｍｍ、ｆ＝５ｍｍとすると、位置推定精度ΔＺは５．６ｃｍ程度になる。
【００４０】
次に、視差画像から距離を推定する際の画像処理方法について説明する。
【００４１】
複数の視差画像から対応点を見つけ、視差量を算出する画像マッチング処理としては、例えば、２つの画像の類似度や相違度を調べる周知のテンプレートマッチング法を用いることができる（文献：ディジタル画像処理、ディジタル画像処理編集委員会監修、  ＣＧ−ＡＲＴＳ協会発行）。また、更に精密にずれ位置を求める際には、画素単位ごとに得られた類似度や相似度を連続なフィッティング関数等で補間し、フィッティング関数の鞍点を与えるサブピクセル位置を求めることで、更に高精度にずれ量を求めることができる。これらの方法は周知である（文献：ディジタル画像処理、ディジタル画像処理編集委員会監修、  ＣＧ−ＡＲＴＳ協会発行）。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、距離分解能を向上させることができるとともに薄型化が可能となる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、円環型の入射開口より得られるマイクロレンズ下部の画素ブロック内の像は、同じく円環型であり、開口距離の離れた複数視点を処理することで、多視差画像の分離性能が向上する。
【００４４】
（第２実施形態）
第２実施形態による固体撮像装置を図８に示し、この固体撮像装置に含まれる撮像素子モジュールを図９に示す。
【００４５】
この第２実施形態の固体撮像装置１Ａは、図１に示す固体撮像装置１において、撮像素子モジュール２０を図９に示す撮像素子モジュール２０Ａに置き換えた構成となっている。撮像素子モジュール２０Ａは、図２に示す撮像素子モジュール２０において、可視光反射層３８を迷光吸収層３７に置き換えた構成となっている。
【００４６】
このように、構成された第２実施形態の固体撮像装置１Ａにおいては、被写体から撮像装置１Ａへ入射する入射光は、結像の過程では平面反射板１４と反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃのみで反射され、撮像素子モジュール２０Ａに入射する。この場合、所望の光線以外の迷光反射を防止するため、撮像素子モジュール２０Ａへの入射窓（透過層３６が形成された領域）以外の部分に入射した迷光は、迷光吸収層３７によって吸収される。
【００４７】
迷光吸収層３７とは、無反射、ないしは低反射黒色処理をした層を意味し、黒色顔料等を透過材料の母材を同程度の屈折率を持つ分散媒に分散させた塗料等で形成する。なお、第１実施形態で説明した可視光吸収部材１７迷光吸収層３７と同じ材料で形成することができる。
【００４８】
この第２実施形態も第１実施形態と同様に、距離分解能を向上させることができるとともに薄型化が可能となる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、円環型の入射開口より得られるマイクロレンズ下部の画素ブロック内の像は、同じく円環型であり、開口距離の離れた複数視点を処理することで、多視差画像の分離性能が向上する。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態による固体撮像装置について図１０を参照して説明する。図１０は、第３実施形態による固体撮像装置１Ｂの斜視図である。この第３実施形態の固体撮像装置１Ｂは、図１または図３に示す固体撮像装置とは開口のみが異なっている。この第３実施形態においては、可視光透過部材１２の第１の面に設けられる開口１３ａは、第１実施形態と異なり、円環状でかつ１個ではなく、円形状で複数個設けられた構成となっている。これらの複数の開口１３ａは、円周方向に設けられている。そして、これらの開口１３ａから、それぞれの視点方向からの被写体光が入射する。
【００５１】
同一の被写体からの光は反射型結像レンズの外周にある複数の開口１３ａから入射し、マイクロレンズによって対応する画素ブロック内の画素に視差を有する光線群として、画素ブロック内の各領域へ分離して入射する。入射光線の画素への分配は、マイクロレンズへの入射角の違いによってなされ、マイクロレンズへの入射角の違いは距離情報を反映する。画素ブロック内に形成される光強度分布は、図１１に示すように、第１の結像レンズの開口と相似形となり、開口数と同数の光スポットが形成される。例えば、図１０に示すように、第１の結像レンズの開口が円周上に８つ形成されていると、１つのマイクロレンズ３２ａの下部の光スポットは、図１１に示すように８つの光スポットが円周状に配置された形となる。
【００５２】
この第３実施形態も第１実施形態と同様に、距離分解能を向上させることができるとともに薄型化が可能となる。
【００５３】
（第４実施形態）
第４実施形態による固体撮像装置を図１２に示す。この第４実施形態の固体撮像装置１Ｃは、図１に示す第１実施形態において、撮像素子モジュール２０を可視光透過部材１２中に埋め込まないで、第１の結像光学系１０の第２の面に接合された構成となっている。
【００５４】
これにより、可視光透過部材１２に撮像素子モジュール２０を埋め込むための凹部の加工を施す必要がなく、折り返し光学レンズの加工が容易となる。
【００５５】
この第４実施形態も第１実施形態と同様に、距離分解能を向上させることができるとともに薄型化が可能となる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、円環型の入射開口より得られるマイクロレンズ下部の画素ブロック内の像は、同じく円環型であり、開口距離の離れた複数視点を処理することで、多視差画像の分離性能が向上する。
【００５７】
以上説明したように、各実施形態によれば、結像光学系に反射型光学系を用いることで、距離分解能を向上させるため焦点距離の長い光学系を採用した場合でも光学系の薄型化を可能にする。また反射型光学系はレンズ口径が大きくなる傾向にあるが、レンズ口径長の増加は距離分解能向上に寄与するため、カメラの薄型化、および高精度化を同時に可能とする。また、反射型光学系の特徴として、色収差の少ない像が得られることから、視差画像の画像処理における対応点の探索精度が向上し、距離分解能の精度向上に寄与する。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１  固体撮像装置
１Ａ  固体撮像装置
１Ｂ  固体撮像装置
１Ｃ  固体撮像装置
１０  第１の結像光学系
１２  可視光透過部材
１３  開口
１４  平面反射板
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  反射板
１７  可視光吸収部材
２０  撮像素子モジュール
２１  撮像素子
２２  半導体基板
２４  画素
２４Ａ  画素ブロック
２６  カラーフィルタ
２８  マイクロレンズ
３２  マイクロレンズアレイ
３２ａ  マイクロレンズ
３４  可視光透過基板
３６  透過層
３７  迷光吸収層
３８  反射層
３９  スペーサ樹脂
４２  電極パッド
４４  貫通電極
４６  バンプ
５０  チップ
６０  光遮蔽カバー
６２  モジュール電極
【図１】
0005127899.tif 000004
【図２】
0005127899.tif 000005
【図３】
0005127899.tif 000006
【図４】
0005127899.tif 000007
【図５】
0005127899.tif 000008
【図６】
0005127899.tif 000009
【図７】
0005127899.tif 000010
【図８】
0005127899.tif 000011
【図９】
0005127899.tif 000012
【図１０】
0005127899.tif 000013
【図１１】
0005127899.tif 000014
【図１２】
0005127899.tif 000015