(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の画像を撮影レンズで固体撮像素子に結像させ、この結像された画像光を前記固体撮像素子の各受光画素で受光して電気信号に変換し、その出力信号を前記被写体の画像データとして形成する撮像装置において、
前記固体撮像素子の光入射側に、前記撮影レンズからの画像光のうち、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を取り込む、ほぼ半球状の球面の一部に傾斜面を有するマイクロレンズを前記受光画素に対応させて設けるとともに、前記マイクロレンズは光軸から周辺側に向かうに従って次第に前記傾斜面の傾斜角度が小さくなるように形成され、光軸側に位置する前記マイクロレンズが、光軸に対し所定角度以上でかつ特定角度未満の傾いた光を前記傾斜面から取り込んで屈折により前記対応する受光画素に入射させ、また、周辺側に位置する前記マイクロレンズが、光軸に対し特定角度以上の傾いた光を前記傾斜面から取り込んで前記マイクロレンズの球状面の内面に形成された反射膜での反射により前記対応する受光画素に入射させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体の画像を撮影レンズで固体撮像素子に結像させ、この結像された画像光を前記固体撮像素子の各受光画素で受光して電気信号に変換し、その出力信号を前記被写体の画像データとして形成する撮像装置において、
前記固体撮像素子の光入射側に、光軸にほぼ平行な光を前記受光画素に集光させる、ほぼ半球状に形成されたマイクロレンズの中心部に凹んだ状態で形成された集光レンズ部と、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を前記集光レンズ部の凹んだ部分の側面から取り込み、この取り込んだ光を前記マイクロレンズの半球状の球面内面に形成された反射膜での反射により前記受光画素に入射させる反射レンズ部とを有するマイクロレンズを前記受光画素に対応させて設けたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子カメラやビデオカメラなどの撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子カメラなどの撮像装置においては、被写体の画像を撮影レンズで固体撮像素子に結像させ、この結像された画像光を固体撮像素子の各受光画素で受光して電気信号に変換し、その出力信号を被写体の画像データとして形成している。
このような撮像装置では、図６に示すように、固体撮像素子１に照射される光を各受光画素２に入射させるために、固体撮像素子１の光入射面にほぼ半球状のマイクロレンズ３を各受光画素２に対応させて設け、これら各マイクロレンズ３によって画像光をそれぞれ各受光画素２に向けて集光させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような撮像装置では、マイクロレンズ３がそれぞれほぼ半球状に形成されているので、光軸Ｏ上に位置するマイクロレンズ３では光軸Ｏにほぼ平行な光が入射するため、この入射光を対応する受光画素２に確実に集光させることはできるが、光軸Ｏから周辺側に離れたマイクロレンズ３では入射する光が光軸Ｏに対し角度をもっているため、その角度が図６に示すように所定角度φ以上であると、入射した光を集光しても、これに対応する受光画素２から外れてしまい、対応する受光画素２に入射させることができず、光の入射効率が低下するという問題がある。
【０００４】
この発明の課題は、光軸に対し角度をもった光を効率良く受光画素に入射させて、光の入射効率を高めることができるようにすることである。
【０００７】
また、請求項１記載の発明は、被写体の画像を撮影レンズで固体撮像素子に結像させ、この結像された画像光を前記固体撮像素子の各受光画素で受光して電気信号に変換し、その出力信号を前記被写体の画像データとして形成する撮像装置において、
前記固体撮像素子の光入射側に、前記撮影レンズからの画像光のうち、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を取り込むほぼ半球状の球面の一部に傾斜面を有するマイクロレンズを前記受光画素に対応させて設けるとともに、前記マイクロレンズは光軸から周辺側に向かうに従って次第に前記傾斜面の傾斜角度が小さくなるように形成され、光軸側に位置する前記マイクロレンズが、光軸に対し所定角度以上でかつ特定角度未満の傾いた光を前記傾斜面から取り込んで屈折により前記対応する受光画素に入射させ、また、周辺側に位置する前記マイクロレンズが、光軸に対し特定角度以上の傾いた光を前記傾斜面から取り込んで前記マイクロレンズの球状面の内面に形成された反射膜での反射により前記対応する受光画素に入射させることを特徴とする。したがって、この発明によれば、固体撮像素子の光入射側に受光画素と対応して設けられたマイクロレンズがそれぞれ傾斜面を有し、かつこの傾斜面の傾斜角度が光軸側に位置するマイクロレンズと周辺側に位置するマイクロレンズとで異なっているので、光軸側に位置するマイクロレンズの傾斜面によって、撮影レンズからの画像光のうち、光軸に対し所定角度以上でかつ特定角度未満の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズの屈折により対応する受光画素に入射させることができ、また周辺側に位置するマイクロレンズの傾斜面によって、光軸に対し特定角度以上の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ内に形成された反射膜で反射させて対応する受光画素に入射させることができ、このため光軸に対し所定角度以上の傾いた光を効率良く受光画素に入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【０００８】
さらに、請求項２記載の発明は、被写体の画像を撮影レンズで固体撮像素子に結像させ、この結像された画像光を前記固体撮像素子の各受光画素で受光して電気信号に変換し、その出力信号を前記被写体の画像データとして形成する撮像装置において、
前記固体撮像素子の光入射側に、光軸にほぼ平行な光を前記受光画素に集光させる、ほぼ半球状に形成されたマイクロレンズの中心部に凹んだ状態で形成された集光レンズ部と、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を前記集光レンズ部の凹んだ部分の側面から取り込み、この取り込んだ光を前記マイクロレンズの半球状の球面内面に形成された反射膜での反射により前記受光画素に入射させる反射レンズ部とを有するマイクロレンズを前記受光画素に対応させて設けたことを特徴とする。したがって、この発明によれば、固体撮像素子の光入射側に受光画素と対応して設けられたマイクロレンズの集光レンズ部によって光軸にほぼ平行な光を受光画素に集光させることができ、またマイクロレンズの反射レンズ部によって光軸に対し所定角度以上の傾いた光を取り込んで反射により対応する受光画素に入射させることができるので、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を効率良く受光画素に入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図４を参照して、この発明の撮像装置の第１実施形態について説明する。
図１は撮像装置の概略構成図である。この撮像装置は、被写体側から順に、撮影レンズ１０、水晶フィルタ１１、および固体撮像素子１２が光軸Ｏ上に配置されている。
撮影レンズ１０は、被写体の画像を固体撮像素子１２に結像させるものであり、複数のレンズから構成されている。
固体撮像素子１２は、被写体からの画像光を受光して電気信号に変換し、画像データとして出力するものであり、図２に示すように、受光画素１２ａがドットマトリックス状に配列され、各受光画素１２ａで得られた電荷をＣＣＤなどの電荷転送部で転送するように構成されている。
【００１０】
すなわち、この固体撮像素子１２は、図３に示すように、半導体層１３中に受光画素１２ａに相当する画素領域がドットマトリックス状に形成され、この受光画素１２ａの中央部分を除く受光画素１２ａの周辺部上および半導体層１３上にポリシリコンからなる電極部１４が形成されているとともに、この電極部１４を覆って酸化シリコンからなる絶縁膜１５が形成され、この絶縁膜１５上にアルミニウムからなる遮光膜１６が形成され、この遮光膜１６の上面および受光画素１２ａの上面に酸化シリコンからなる透明な絶縁膜１７が形成された構成になっている。
【００１１】
そして、この固体撮像素子１２の光入射面、つまり透明な絶縁膜１７の表面には、各受光画素１２ａにそれぞれ対応してマイクロレンズ１８〜２０が形成されている。これらマイクロレンズ１８〜２０は、光軸Ｏから周辺側に向かうに従って形状が異なり、これらが大きく分けて３種類あり、図２に斜線で示すように、各種類ごとに光軸Ｏを中心とするほぼ同心円上に配列されている。
【００１２】
すなわち、図２において固体撮像素子１２の中心である光軸Ｏ上に位置するマイクロレンズ１８は、図３に示すように、ほぼ半球状に形成され、光軸Ｏとほぼ平行な光が入射し、この入射光をこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に集光させるように構成されている。
また、図２において光軸Ｏと周辺部とのほぼ中間部分から光軸Ｏ側に位置するマクロレンズ１９は、図３に示すように、光軸Ｏ側に傾斜面１９ａが形成されたほぼ半球状に形成され、光軸Ｏ側から中間部分側に向かうに従って傾斜面１９ａの傾斜角度θ1が次第に小さくなるように形成され、光軸Ｏに対し所定角度φ1以上でかつ特定角度φ2（＞φ1）未満の傾いた光を傾斜面１９ａから取り込んで屈折によりこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に集光させるように構成されている。
【００１３】
さらに、図２において中間部分よりも周辺側に位置するマイクロレンズ２０は、図３に示すように、光軸Ｏ側に傾斜面２０ａが形成されたほぼ半球状に形成され、中間部分から周辺側に向かうに従って中間部分のマイクロレンズ１９の傾斜面１９ａの傾斜角度θ1よりも更に傾斜面２０ａの傾斜角度θ2（＜θ1）が次第に小さくなるように形成され、光軸Ｏに対し特定角度φ2以上の傾いた光を傾斜面２０ａから取り込み、この取り込んだ光を内部の球状面２０ｂで反射してこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に入射させるように構成されている。
【００１４】
この場合、光軸Ｏ上のマイクロレンズ１８を除く、光軸Ｏ側から周辺側に位置するマイクロレンズ１９、２０の球状面１９ｂ、２０ｂの各外面には、反射膜（図示せず）が設けられている。また、各マイクロレンズ１８〜２０のほぼ半球状とは、球面、または非球面の一部分の曲面形状をも含む形状のことである。
なお、水晶フィルタ１１は、水晶の複屈折によって光線を２つに分光するものであり、分光された２つの光線をそれぞれ固体撮像素子１２の異なる２つの受光画素１２ａに入射させることにより、画像の色データが得られるように構成されている。
【００１５】
このような撮影装置では、図１に示すように、被写体の画像が撮像レンズ１０によって水晶フィルタ１１を介して固体撮像素子１２に結像される際、光線が光軸Ｏから広がるように水晶フィルタ１１を介して固体撮像素子１２の光入射面に設けられた各マイクロレンズ１８〜２０に入射し、これら入射光が各マイクロレンズ１８〜２０によって図３に示すように固体撮像素子１２の各受光画素１２ａにそれぞれ入射される。
【００１６】
すなわち、光軸Ｏ上に位置するマイクロレンズ１８では、ほぼ半球状に形成され、光軸Ｏとほぼ平行な光が入射するので、この入射光をこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に集光させることができる。
また、中間部分から光軸Ｏ側に位置するマクロレンズ１９では、光軸Ｏ側に傾斜面１９ａが形成されたほぼ半球状に形成され、光軸Ｏ側から中間部分側に向かうに従って次第に傾斜面１９ａの傾斜角度θ1が小さくなるので、光軸Ｏに対し所定角度φ1以上でかつ特定角度φ2（＞φ1）未満の傾いた光を傾斜面１９ａから取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ１９の屈折によりこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に集光させることができる。
【００１７】
さらに、中間部分よりも周辺側に位置するマイクロレンズ２０では、光軸Ｏ側に傾斜面２０ａが形成されたほぼ半球状に形成され、中間部分から周辺側に向かうに従って中間部分のマイクロレンズ１９の傾斜面１９ａの傾斜角度θ1よりも更に傾斜面２０ａの傾斜角度θ2（＜θ1）が次第に小さくなるので、光軸Ｏに対し特定角度φ2以上の傾いた光を傾斜面２０ａから取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ２０内の球状面２０ｂで反射してこれに対応する受光画素１２ａのほぼ中心に入射させることができる。
【００１８】
このように、この撮像装置では、光軸Ｏ上に位置するマイクロレンズ１８によって、光軸Ｏとほぼ平行な光をこれに対応する受光画素１２ａに集光させることができ、また中間部分から光軸Ｏ側に位置するマクロレンズ１９の傾斜面１９ａによって、光軸Ｏに対し所定角度φ1以上でかつ特定角度φ2（＞φ1）未満の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ１９の屈折によりこれに対応する受光画素１２ａに集光させることができ、さらに中間部分よりも周辺側に位置するマイクロレンズ２０の傾斜面２０ａによって、光軸Ｏに対し特定角度φ2以上の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ２０内の球状面２０ｂで反射してこれに対応する受光画素１２ａに入射させることができるので、光軸Ｏに平行な光でも、また光軸Ｏに対し角度をもった光でも、効率良く受光画素１２ａに入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【００１９】
この場合、マイクロレンズ１９の球状面１９ｂおよびマイクロレンズ２０の球状面２０ｂの各外面に反射膜が設けられているので、傾斜面１９ａ、２０ａから取り込まれない不必要な光を反射膜で反射させて各マイクロレンズ１９、２０内に取り込むことがなく、このため良好な画像データを得ることができる。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、図５を参照して、この発明の撮像装置の第２実施形態について説明する。なお、図１〜図４に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この撮像装置は、固体撮像素子１２の光入射面に形成されたマイクロレンズ２５が異なる以外は第１実施形態と同様に構成されている。
【００２１】
このマイクロレンズ２５は、光軸Ｏにほぼ平行な光を受光画素１２ａに集光させる集光レンズ部２５ａと、光軸Ｏに対し所定角度φ1以上の傾いた光を取り込んで反射により受光画素１２ａに入射させる反射レンズ部２５ｂとを有するものであり、固体撮像素子１２の光入射面、つまり透明な絶縁膜１７に受光画素１２ａと対応して一体に形成されている。すなわち、このマイクロレンズ２５は、全てほぼ半球状の同じ形状に形成され、その中心部分に集光レンズ部２５ａが凹んだ状態で形成され、光軸Ｏに対し所定角度φ1以上の傾いた光を集光レンズ部２５ａの凹んだ部分２５ｃの側面から反射レンズ部２５ｂ内に取り込み、この取り込んだ光を反射レンズ部２５ｂ内の球状面で反射させて対応する受光画素１２ａに入射させるように構成されている。
【００２２】
このような撮像装置のマイクロレンズ２５では、固体撮像素子１２の光入射側に設けられたマイクロレンズ２５の集光レンズ部２５ａによって光軸Ｏにほぼ平行な光を受光画素１２ａに集光させることができ、また光軸Ｏに対し所定角度φ1以上の傾いた光を集光レンズ部２５ａの凹んだ部分２５ｃの側面から反射レンズ部２５ｂ内に取り込み、この取り込んだ光を反射レンズ部２５ｂ内の球状面で反射させて受光画素１２ａに入射させることができ、このため光軸Ｏに平行な光でも、また光軸Ｏに対し角度をもった光でも、効率良く受光画素１２ａに入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】
また、請求項１記載の発明によれば、固体撮像素子の光入射側に受光画素と対応して設けられたマイクロレンズがそれぞれ傾斜面を有し、かつこの傾斜面の傾斜角度が光軸から周辺側に向かうに従って次第に小さくなるように形成されているので、光軸側に位置するマイクロレンズの傾斜面によって、撮影レンズからの画像光のうち、光軸に対し所定角度以上でかつ特定角度未満の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズの屈折により対応する受光画素に入射させることができ、また周辺側に位置するマイクロレンズの傾斜面によって、光軸に対し特定角度以上の傾いた光を取り込み、この取り込んだ光をマイクロレンズ内で反射させて対応する受光画素に入射させることができ、このため光軸に対し所定角度以上の傾いた光を効率良く受光画素に入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【００２６】
さらに、請求項２記載の発明によれば、固体撮像素子の光入射側に受光画素と対応して設けられたマイクロレンズの集光レンズ部によって光軸にほぼ平行な光を受光画素に集光させることができ、またマイクロレンズの反射レンズ部によって光軸に対し所定角度以上の傾いた光を取り込んで反射により対応する受光画素に入射させることができるので、光軸に対し所定角度以上の傾いた光を効率良く受光画素に入射させることができ、これにより光の入射効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の撮像装置の第１実施形態を示した概略構成図。
【図２】図１の固体撮像素子の概略正面図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視における部分拡大断面図。
【図４】図３の周辺側のマイクロレンズにおける光路状態を示した拡大図。
【図５】この発明の撮像装置の第２実施形態におけるマイクロレンズの光路状態を示した拡大図。
【図６】従来の撮像装置におけるマイクロレンズの光路状態を示した拡大図。
【符号の説明】
１０  撮影レンズ
１２  固体撮像素子
１２ａ  受光画素
１８〜２０、２５  マイクロレンズ
１９ａ、２０ａ  傾斜面
１９ｂ、２０ｂ  球状面
２５ａ  集光レンズ部
２５ｂ  反射レンズ部
２５ｃ  凹んだ部分
Ｏ  光軸
θ1、θ2 傾斜面の傾斜角度
φ1、φ2 光軸に対する光の傾き角度
【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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