(57)【要約】      （修正有）【課題】メモリの容量や処理の負荷を大きくすることなく、反射回折ゴースト低減に伴う光量ムラを補正する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、入射した光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素が２次元に配列される固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、画素が出力する電気信号を補正する補正手段として機能する画像処理部を有する。固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの表面から光電変換部１０１に至る光路長に関する特性値の少なくとも一つは、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの画面中心に関して点対称の位置の画素で同じであり、画像処理部は、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの画素の位置に応じて電気信号の補正値を変更する。【選択図】図４
2016039549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素が２次元に配列される固体撮像素子と、
前記画素が出力する電気信号を補正する補正手段と、
を有し、
前記固体撮像素子の表面から前記光電変換部に至る光路長に関する特性値の少なくとも一つは、前記固体撮像素子の画面のある位置に関して点対称の位置の画素どうしで同じであり、
前記補正手段は、前記固体撮像素子の前記画素の位置に応じて前記電気信号の補正値を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子には、前記特性値が同じ画素が、前記ある位置を中心として、同心円状、同心の四角形状、同心の菱形形状のいずれかに配置され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】
前記特性値は、前記ある位置を通過する直線に沿って、複数の極値を有するように変動することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子には、前記特性値が同じ画素が前記ある位置を中心として放射状に配置され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】
前記特性値は、前記ある位置を中心とする円の円周に沿って、複数の極値を有するように変動することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記極値の数は、１００以上であることを特徴とする請求項３または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子はマイクロレンズを有し、
前記特性値は前記マイクロレンズの寸法であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記マイクロレンズの寸法は、前記マイクロレンズの高さと直径の少なくとも一方であ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】
前記固体撮像素子は、前記光電変換部に積層する層間膜を有し、
前記特性値は前記層間膜の厚さと前記層間膜の屈折率の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像素子は、カラーフィルタ層を有し、
前記特性値は、カラーフィルタ層の厚さであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。特には、固体撮像素子を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置には、２次元固体撮像素子を有するものがある。２次元固体撮像素子には、複数の画素が２次元状に周期的に配列されている。固体撮像素子に入射した光の一部は、画素で反射することがあるが、この場合、複数の画素が周期的に配列されているため、反射光が特定の位置で強めあうことがある。そして、強め合った光が固体撮像素子に再入射すると、水玉模様状のゴースト（以下、反射回折ゴーストと称する）を生じることが知られている。特許文献１には、反射光の強めあいを抑制するため、光電変換素子を覆う光学素子の厚さを１組の画素ペア間で異ならせることによって反射光路長差を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、光学素子の厚さや位置を変えることにより、画素ペア間で受光感度に差が生じる。このため、固体撮像素子が生成する画像には、２次元面内で光量ムラが生じる。この場合には、撮像装置が固体撮像素子の全ての画素における光量ムラの補正量を持つことで、光量ムラを補正することが可能であるが、メモリの容量や計算負荷や処理速度の点で好ましくない。上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、メモリの容量や処理の負荷を大きくすることなく、反射回折ゴースト低減のための構成に起因して生じる光量ムラを補正することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、入射した光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素が２次元に配列される固体撮像素子と、前記画素が出力する電気信号を補正する補正手段と、を有し、前記固体撮像素子の表面から前記光電変換部に至る光路長に関する特性値の少なくとも一つは、前記固体撮像素子の画面のある位置に関して点対称の位置の画素で同じであり、前記補正手段は、前記固体撮像素子の前記画素の位置に応じて前記電気信号の補正値を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、メモリの容量や処理の負荷を大きくすることなく、反射回折ゴースト低減のための構成に起因して生じる光量ムラを補正できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の機能構成の例を示すブロック図である。
【図２】各実施形態に係る固体撮像素子の構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】反射回折ゴーストの発生のメカニズムを説明するための断面模式図である。
【図４】反射回折ゴーストの発生のメカニズムを説明するための断面模式図である。
【図５】第１の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を模式的に示す図である。
【図６】光路長に関する特性値と固体撮像素子の実際の構造との関係を模式的に示す図である。
【図７】光路長に関する特性値を周期的（規則的）に変化させる構成の例を模式的に示す図である。
【図８】第１の実施形態の画素の配列と漏れ光を模式的に示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す図である。
【図１０】第３の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す図である。
【図１１】第４の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す図と、光路長に関する特性値ｈの例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の各種実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、本発明を実現するための例であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
＜撮像装置の構成＞
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置２の構成例について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置２の機能構成の例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る撮像装置２は、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有し、動画および静止画の撮像および記録が可能である。本発明の実施形態に係る撮像装置２は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどである。
【００１０】
カメラ制御部２２１は、撮像装置２の各部を制御する。カメラ制御部２２１は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを有するコンピュータが適用される。ＲＯＭには、撮像装置２を制御するためのコンピュータプログラムが格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されるコンピュータプログラムを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして使用して実行する。これにより、カメラ制御部２２１による撮像装置２の制御が実行される。
【００１１】
撮像光学系（結像光学系）２１は、第１レンズ群２０１と、絞り２０２と、第２レンズ群２０３と、第３レンズ群２０５とを有する。第１レンズ群２０１は、撮像光学系２１の先端部に配置されるレンズ群であり、撮像光学系２１の光軸Ｌ（光路中心）の方向に移動可能である。絞り２０２は、その開口面積を調整することで、撮影時の光量調整を行うほか、静止画撮影時には、露光時間調整用シャッターとしての機能も有する。第３レンズ群２０５は、絞り２０２の固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの側に配置されるレンズ群である。
【００１２】
さらに、撮像光学系２１の後側であって、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの前側には、光学的ローパスフィルタ２０６と、ＩＲカットフィルタ２０７とが設けられる。光学的ローパスフィルタ２０６は、撮像画像の偽色やモアレを低減するための光学素子である。ＩＲカットフィルタ２０７は、入射した赤外線をカットするための光学素子である。ＩＲカットフィルタ２０７は、多層膜の干渉を利用することにより、ある波長よりも長い波長の光（ここでは赤外線）を反射する構造を有している。
【００１３】
ズーム駆動部２２９は、カメラ制御部２２１の制御にしたがい、ズームアクチュエータ２１１を駆動する。ズームアクチュエータ２１１は、第１レンズ群２０１および第２レンズ群２０３を光軸方向に移動させるように駆動する。これにより、ズーム機能（倍変機能）が実現される。絞り駆動部２２８は、カメラ制御部２２１の制御にしたがい、絞りアクチュエータ２１２を駆動する。絞りアクチュエータ２１２は、絞り２０２を駆動することによりその開口面積を制御する。フォーカス駆動部２２６は、カメラ制御部２２１の制御にしたがい、フォーカスアクチュエータ２１４を駆動する。フォーカスアクチュエータ２１４は、第３レンズ群２０５を撮像光学系２１の光軸Ｌの方向に移動させるように駆動することにより、焦点調節を行う。これにより、オートフォーカス機能が実現される。
【００１４】
通信制御部２２２は、カメラ制御部２２１による制御にしたがい、通信部２１５を駆動制御する。通信部２１５は、有線通信回路や無線通信回路などが適用され、サーバコンピュータなどといった撮像装置２の外部機器と通信を行う。カメラ制御部２２１は、通信制御部２２２および通信部２１５を介して、生成した画像データを外部のサーバコンピュータに送信したり、サーバコンピュータから画像データや各種情報を受信したりする。姿勢検知部２２３は、姿勢検知センサ２１６の出力信号から撮像装置２の姿勢を判別する。姿勢検知センサ２１６は、電子水準器などが適用される。撮像素子駆動部２２４は、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの撮像操作を制御する。また、撮像素子駆動部２２４は、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから取得したアナログ形式の電気信号を、デジタル形式の電気信号に変換し、画像処理部２２５に出力する。画像処理部２２５は、撮像素子駆動部２２４から送信されたデジタル形式の電気信号に対し、γ変換、カラー補間、画像圧縮等の画像処理を施し、デジタル形式の画像データを生成する。表示部２３１は、撮像装置２の撮影モードに関する情報や、撮影時のプレビュー画像および撮影後の確認用画像や、焦点検出時の合焦状態表示画像や、撮像装置２の姿勢情報等を表示する。表示部２３１には、例えばＬＣＤなどの表示デバイスが適用される。操作部２３２は、使用者が撮像装置２を操作するための操作部材を有する。操作部２３２は、例えば、電源スイッチ、撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等を有する。外部記録媒体２３３は、撮像装置２に着脱可能な各種記録メディアが適用される。このため、撮像装置２には、各種記録メディアを着脱可能なインターフェース（スロット）が設けられる。そして、カメラ制御部２２１は、画像処理部２２５が生成した画像データを、外部記録媒体２３３に格納する。
【００１５】
なお、通信制御部２２２、姿勢検知部２２３、撮像素子駆動部２２４、画像処理部２２５、フォーカス駆動部２２６、絞り駆動部２２８、ズーム駆動部２２９には、前述の機能を実現する回路が適用される。なお、前記各部は、個別の回路であってもよく、共通の回路がこれらの機能を実現してもよい。また、カメラ制御部２２１がこれらの各部の機能を包含してもよい。この場合には、カメラ制御部２２１がコンピュータプログラムを実行することによって、前記各部として機能する。
【００１６】
撮像光学系２１、光学的ローパスフィルタ２０６およびＩＲカットフィルタ２０７の後側には、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配置される。固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、その受光面が撮像光学系２１の光軸Ｌに直角で、かつその画面中心が、撮像光学系２１の光軸Ｌと一致するように配置される。そして、撮像光学系２１に入射した光（すなわち、被写体の光学像）は、撮像光学系２１を構成するレンズ群と、光学的ローパスフィルタ２０６と、ＩＲカットフィルタ２０７とを通過して、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの受光面に結像する。
【００１７】
＜固体撮像素子の全体構成＞
ここで、各実施形態に係る固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに共通な構成について説明する。図２は、各実施形態に係る固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの構成例を模式的に示す断面図である。固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、シリコン基板１００と、層間膜１０２と、カラーフィルタ層１０４と、マイクロレンズ１０５とを有し、これらが積層される構成を有する。なお、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの前側（撮像光学系２１から光が入射する側）には、ＩＲカットフィルタ２０７と光学的ローパスフィルタ２０６（図１参照）とが配置される。シリコン基板１００の内部には、複数の光電変換部１０１が２次元的に周期的に配列される。各々の光電変換部１０１は、例えば、受光した光に応じた電荷を生成する光電変換素子などの受光部と、光電変換素子が生成した電荷を増幅する増幅器と、増幅器が増幅した電荷を読み出すためのスイッチング素子とを有する。層間膜１０２は、光電変換部１０１を有するシリコン基板１００の前側（撮像光学系２１から光が入射する側）に積層するように設けられる。層間膜１０２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの材料により形成される。層間膜１０２の内部には、光電変換部１０１の駆動のための信号線や光電変換部１０１から信号を取り出すための信号線などの配線１０３が設けられる。カラーフィルタ層１０４は、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）のセルを有し、これら各色のセルが例えばベイヤー配列される構成を有する。そして、１つの光電変換部１０１と、カラーフィルタ層１０４の１つのセルと、１つのマイクロレンズ１０５とが、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの１つの画素を構成する。そして、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには、複数の画素が、２次元状で周期的に配列される。なお、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの構成は、上述の構成に限定されない。例えば図２においては、マイクロレンズ１０５およびカラーフィルタ層１０４と光電変換部１０１との間に配線１０３が設けられる構成を示したが、この構成に限定されない。例えば、配線１０３が、光電変換部１０１の後側（撮像光学系２１から光が入射する側とは反対側（図２中下側））に設けられる構成であってもよい。
【００１８】
撮像光学系２１（結像光学系）を通過した光は、光学的ローパスフィルタ２０６によって偽色やモアレを低減される。また、ＩＲカットフィルタ２０７によって、赤外線がカットされる。固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに到達した光は、マイクロレンズ１０５により集光され、カラーフィルタ層１０４に入射して３原色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））に分離される。そして、３原色に分離された光は、層間膜１０２を通過して光電変換部１０１に入射する。各々の光電変換部１０１は、入射した光量に応じた電荷を生成する。撮像装置２の撮像素子駆動部２２４は、カメラ制御部２２１の制御にしたがい、各々の光電変換部１０１が生成した電荷を、層間膜１０２に設けられる配線１０３などを通じ、電気信号として取り出す。
【００１９】
＜反射回折ゴースト＞
ここで、反射回折ゴーストの発生のメカニズムについて、図３と図４を参照して説明する。図３と図４は、反射回折ゴーストの発生のメカニズムを説明するための断面模式図である。なお、図３と図４においては、図中の上下方向が撮像光学系２１の光軸Ｌに平行な方向となる。図３と図４に示すように、ＩＲカットフィルタ２０７を通過して固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに入射した光は、その一部がマイクロレンズ１０５や光電変換部１０１の表面で反射する。図３は、マイクロレンズ１０５で反射する反射光ＲLを示し、図４は、光電変換部１０１で反射する反射光ＲDを示す。前述のとおり、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには、複数の画素が２次元的に周期的に配列されている。このため、マイクロレンズ１０５や光電変換部１０１の表面で反射した反射光ＲL，ＲDは、特定の位置で強めあい、水玉模様状となって固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの前側に配置されるＩＲカットフィルタ２０７に入射する。撮像光学系２１からＩＲカットフィルタ２０７には、ＩＲカットフィルタ２０７の法線方向（すなわち、撮像光学系２１の光軸Ｌ）に近い方向の光が入射する。一方で、マイクロレンズ１０５や光電変換部１０１の表面での反射光ＲL，ＲDは、その光軸（進行方向）が、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの法線方向（撮像光学系２１の光軸Ｌ）に対して傾斜する場合がある。ＩＲカットフィルタ２０７は、多層膜によってある波長よりも長い光（本実施形態では赤外線）を反射する機能を有するが、光が法線方向に対して傾斜する方向から入射した場合には、反射するある波長の値は短波長側にずれる。このため、法線方向から入射する場合には透過する波長の光であっても、法線方向に対して傾斜する角度から入射する光は反射することになる。その結果、マイクロレンズ１０５や光電変換部１０１の表面で反射してＩＲカットフィルタ２０７に入射した反射光ＲL，ＲDは、ＩＲカットフィルタ２０７を通過せずに反射し、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに再入射することになる。そして、固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに再入射した光は、画像に水玉模様状の反射回折ゴーストを発生させ、画像の品質を著しく低下させる。
【００２０】
反射回折ゴーストを抑制する構成としては、画素に含まれる光学素子の厚さや位置を変えて画素ペアの間で反射光の光路長差を設けることにより、反射光の強めあいを抑制する方法がある。具体的には、画素のペア間でマイクロレンズの高さを異ならせることにより、反射光の光路差を設ける。しかしながら、このような構成では、マイクロレンズの高さが変化すると、光電変換部近傍での集光状態が変化し、画素の受光感度が変化することが知られている。すなわち、マイクロレンズの高さを画素によって変更する構成では、画素ごとに受光感度が異なり、その結果、２次元面内で明暗の光量ムラのある画像が得られることになる。このような問題を解決する構成としては、全ての画素について光量ムラの補正値を保持しておき、この補正値を用いて固体撮像素子の出力信号を画像データに変換する際に補正する方法が考えられる。しかしながら、全ての画素の補正値を保持することは、大きなメモリ容量が必要となり、計算負荷、処理速度の点でも好ましくない。そこで、本実施形態では、以下のような構成により、メモリの容量や処理の負荷を大きくすることなく、反射回折ゴースト低減のための構成に起因して生じる光量ムラを抑制する。
【００２１】
＜固体撮像素子の反射回折ゴースト抑制のための構成＞
次に、各実施形態に係る固体撮像素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの反射回折ゴースト抑制のための構成について説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図５は、第１の実施形態に係る固体撮像素子１ａの構成例を模式的に示す図であり、特に、反射回折ゴースト抑制のための構成例を模式的に示す図である。なお、図５中の上段は固体撮像素子１ａの平面図であり、下段は上段のＡ−Ａ線断面図における光路長に関する特性値ｈを示すグラフである。第１の実施形態に係る固体撮像素子１ａにおいては、反射回折ゴースト抑制のため入射した光が光電変換部１０１に到達するまでの光路長（より具体的には、マイクロレンズ１０５の表面から光電変換部１０１の光電変換素子までの光路長）に関する特性値ｈが、面内位置（座標）によって異なる。光路長に関する特性値ｈとは、固体撮像素子１ａの表面から光電変換部１０１に至る光路長の大小の指標となる物理量や物性値であり、各画素の光路長はこの特性値ｈに応じて決まる。光路長に関する特性値ｈとしては、マイクロレンズ１０５の寸法や形状、層間膜１０２の厚さ、層間膜１０２の屈折率、カラーフィルタ層１０４の厚さの一部または全部である。さらに、マイクロレンズ１０５の寸法や形状としては、マイクロレンズ１０５の高さと直径の少なくとも一方が適用される。そして、光路長に関する特性値ｈが面内位置（座標）に応じて異なることから、面内分布が均一な光が固体撮像素子１ａに入射した場合であっても、各々の光電変換部１０１に到達する光量は、光電変換部１０１の座標に応じて異なる。なお、光路長に関する特性値ｈは、マイクロレンズ１０５の寸法や形状、層間膜１０２の屈折率、カラーフィルタ層１０４の厚さに限定されるものではない。この光路長に関する特性値ｈは、マイクロレンズ１０５の表面から光電変換部１０１の光電変換素子までの光路長を決定できる物理量（寸法や形状など）や物性値（屈折率など）であればよい。
【００２３】
図５の固体撮像素子１ａに描かれた同心円は、光路長に関する特性値ｈが特定の同じ値（図５（ｂ）中の値Ｖ）である位置（画素）を示す。図５に示すように、第１の実施形態においては、光路長に関する特性値ｈは、固体撮像素子１ａのある位置の例である画面中心Ｃからの位置に応じて決定される。なお、前述のとおり、固体撮像素子１ａは、その画面中心Ｃと撮像光学系２１の光軸Ｌとのずれ量が所定の範囲以内で略一致するように配置されている。そして、画面中心Ｃからの距離が同じとなる位置においては、光路長に関する特性値ｈも同じになる。このため、図５に示すように、光路長に関する特性値ｈが同じ値である画素は、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃを中心とする同心円状に配置されることになる。すなわち、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃに関して点対称の位置に配置される画素においては、光路長に関する特性値ｈが同じ値となる。また、光路長に関する特性値ｈは、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃから離れるにしたがって単調に増加または減少するのではなく、サインカーブのように変化し、複数の極値（極大値および極小値）を有する。この極値の数は１００以上であることが好ましい。すなわち、第１の実施形態においては、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃを通過する直線上に位置する画素の光路長に関する特性値ｈは、この直線に沿って複数の極値を有するように変動する。
【００２４】
このような構造であると、各画素における光路長に関する特性値ｈは、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃからの距離ｒの関数となる。このため、次の（式１）と（式２）を用いることにより、任意の座標（ｘ，ｙ）の画素における光路長に関する特性値ｈを算出できる。すなわち、各画素における光路長に関する特性値ｈは、各画素の座標に応じて決まる。なお、ここでは、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃを座標原点とする。
ｈ  ＝  ｆ（ｒ）            （式１）
ｒ  ＝  （ｘ2＋ｙ2）1/2            （式２）
ここで、
ｘ：任意の位置のｘ座標値
ｙ：任意の位置のｙ座標値
【００２５】
ここで、光路長に関する特性値ｈと固体撮像素子１ａの実際の構造との関係について、図６を参照して説明する。図６は、光路長に関する特性値ｈと固体撮像素子１ａの実際の構造との関係を模式的に示す図である。ここでは、固体撮像素子１ａの実際の構造の例として、マイクロレンズ１０５の高さを示している。図６に示すように、光路長に関する特性値ｈは、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃからの距離ｒを定義域とする関数ｆ（ｒ）で表される。そして、光路長に関する特性値ｈがマイクロレンズ１０５の高さであれば、任意の位置（座標）の画素におけるマイクロレンズ１０５の高さは、この関数ｆ（ｒ）により決定される。なお、まずこの関数ｆ（ｒ）を決定し、決定した関数ｆ（ｒ）に基づいて各位置の画素のマイクロレンズ１０５の高さを決定してもよい。また、反射回折ゴーストを抑制できるように各位置の画素のマイクロレンズ１０５の高さを決定し、決定したマイクロレンズ１０５の高さをフィッティングすることにより、この関数ｆ（ｒ）を求めてもよい。ただし、後者の場合には、図５に示すように、同じ高さを有るマイクロレンズ１０５を、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃを中心とする同心円状に配列する。このように、光路長に関する特性値ｈの関数ｆ（ｒ）は、マイクロレンズ１０５の高さの設計の前の段階で決定してもよく、マイクロレンズ１０５の高さの設計後に求めてもよい。なお、マイクロレンズ１０５の高さ以外の光路長に関する特性値ｈについても同様である。以上により、任意の座標における光路長に関する特性値ｈが確定する。
【００２６】
次いで、光量ムラの補正について説明する。前述のとおり、画像処理部２２５は、固体撮像素子１ａが出力した電気信号に対し、γ変換、カラー補間、画像圧縮等の画像処理を施し、デジタル形式の画像データを生成する。固体撮像素子１ａの画素ごとに光路長が異なると、光電変換部１０１の各光電変換素子に入射する光量も光路長に応じて異なる。このため、光路長の相違に起因する光量ムラが生じる。そこで、画像処理部２２５は、画像データを生成する際に、補正手段として機能して光路長の相違に起因する光量ムラを補正する。例えば、画像処理部２２５は、固体撮像素子１ａの出力信号であるＣＣＤ−ＲＡＷ信号からＹＵＶ信号を生成する過程において、電気信号に含まれる各画素の彩度と輝度の一方または両方のゲインを補正することで、光量ムラを補正する構成が適用できる。
【００２７】
本実施形態において補正の対象となる光量ムラは、画素ごとの光路長の相違によって発生するものである。そして、光路長に関する特性値ｈは、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃからの距離ｒの関数ｆ（ｒ）で表される。このため、各画素の補正値ｃを、
ｃ＝ｇ（ｈ）            （式３）
のように、光路長に関する特性値ｈを定義域とする関数で規定すると、（式１）から、
ｃ＝ｇ（ｆ（ｒ））            （式４）
となる。画面中心Ｃからの距離ｒは、（式２）のとおり、任意の位置の座標値から確定することから、（式４）により、任意の座標の画素における補正量ｃが確定する。このように、第１の実施形態では、画面中心からの距離ｒに応じて補正値ｃ（すなわち、補正の程度）を変更する。なお、補正値ｃを決定する関数ｇ（ｈ）の具体的な内容は、特に限定されるものではない。この関数ｇ（ｈ）の具体的な内容は、補正対象（彩度のゲインや輝度のゲイン）や、固体撮像素子１ａの仕様などに応じて適宜決定される。
【００２８】
なお、第１の実施形態では、光量ムラを補正する補正値ｃを固体撮像素子１ａの座標に応じて決定することができればよい。このため、（式１）の関数ｆ（ｒ）と（式３）の関数ｇ（ｈ）を一つの関数（合成関数）として扱い、任意の座標の画素における補正量ｃを実現するような光路長に関する特性値ｈを求め、マイクロレンズ１０５の高さなどを決定してもよい。また、あらかじめ、補正前の画像データを用いて光量ムラの量を計測し、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃからの距離ｒに応じた光量ムラの量を示す合成関数ｇ（ｆ（ｒ））を、フィッティングなどによって求めてもよい。そして、この合成関数ｇ（ｆ（ｒ））は、画像処理部２２５が有する記憶手段や、カメラ制御部２２１が有するＲＯＭなどにあらかじめ格納しておく。画像処理部２２５は、画像データを生成する際に、自身が有する記憶手段またはカメラ制御部２２１のＲＯＭから読出し、補正手段として機能して補正する。
【００２９】
第１の実施形態によれば、画像処理部２２５またはカメラ制御部２２１は、１つの合成関数ｇ（ｆ（ｘ））を記憶するたけで、任意の座標の画素における補正量をｃ得ることができる。このため、メモリの容量や計算の負荷を増大させることなく、画像データの光量ムラを補正できる。
【００３０】
なお、光量ムラの補正においてメモリの容量や計算の負荷を低減する構成として、画素の座標に応じて光路長に関する特性値ｈを周期的（規則的）に変化させ、その変化の周期に応じて補正値ｃを決めるという方法も考えられる。図７は、光路長に関する特性値ｈを周期的（規則的）に変化させる構成の例を模式的に示す図である。図７に示すように、各列には、互いに異なる光路長に関する特性値ｈ1，ｈ2，ｈ3（ここではマイクロレンズ１０５の高さ）を有する画素α，β，γが周期的に配列されているものとする。このような構成であると、画像データは、３列周期の光量ムラを有することになる。この場合には、光路長に関する特性値ｈ1，ｈ2，ｈ3に対応した３種類の補正値をあらかじめ用意すればよい。そして、画像処理部２２５は、列数／３の余りが１の画素αには、光路長に関する特性値ｈ1に対応した補正値を用いて補正する。列数／３の余りが２の画素βには、光路長に関する特性値ｈ2に対応した補正値を用いて補正する。列数／３の余りが０の画素γには、光路長に関する特性値ｈ3に対応した補正値を用いて補正する。これにより、全列数分の補正値を持つことなく、光量ムラを補正できる。
【００３１】
ただし、この構成は、次のような問題を有する。図７に示すように、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃから左側に位置する画素α，β，γと右側に位置する画素α，β，γとで、光量ムラの補正値はそれぞれ同じとなる。これに対し、固体撮像素子１ａに入射する光は、画面の左右で方向が異なる。図７中の入射光ＩLは、画面中心Ｃよりも左側に位置する画素に入射する光を模式的に示し、入射光ＩRは、画面中心Ｃよりも右側に位置する画素に入射する光を模式的に示す。このため、斜めに入射する入射光ＩL，ＩRの漏れこみや影の効果などによって、左側の画素α，β，γと、右側の画素α，β，γとで、列間の感度差が異なるという現象が生じる。図７の右側の画素βと左側の画素βにおいては、光量ムラを補正するための補正値は同じであるが、隣接画素への漏れ光ＪL，ＪRに示すように、実際の受光感度は、隣接する画素の構造の影響受けるため互いに異なる。このため、この構成では、正確な光量ムラの補正を行うことができず、光量ムラが残ることがある。なお、図７中の隣接画素への漏れ光ＪL，ＪRの矢印の太さは、漏れ光の量を模式的に示す。
【００３２】
図８は、第１の実施形態の画素の配列と漏れ光を模式的に示す断面図であり、図７に対応する図である。第１の実施形態によれば、光路長に関する特性値ｈが同じ値を持つ画素が、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃを中心として同心円状に配置される。このため、画面の任意の座標において、画面中心からの距離ｒが等しい画素は補正値ｃも等しい。さらに、画素の配置の構造も画面中心Ｃに関して点対称である。このため図８に示すように、いずれの画素の列においても隣接する画素による影響は等しくなり、かつ感度も等しくなる。なお、ここでは、マイクロレンズ１０５の近傍での隣接画素への漏れ光について説明したが、光電変換部１０１において生じる隣接画素へのクロストーク等についても同様である。
【００３３】
ところで、固体撮像素子１ａの画面中心Ｃが撮像光学系２１の光軸Ｌからずれると、固体撮像素子１ａの各画素に入射する光の対称性が低下して、上述の効果も低下する。この効果の低下は、入射する光の入射角度の変化による各画素の受光状況の変化によって決まる。そして、入射角度依存性が大きい画素であるほど、画面の中心と撮像光学系２１の光軸Ｌのずれに対する許容度が狭い。画素の特性が大きく変化しない入射角の範囲が０〜３°であるとすると、画面中心Ｃと撮像光学系２１の光軸Ｌの中心のずれは、撮像光学系２１のレンズの射出瞳距離（瞳距離とも称する）の０．０２６倍以内であることが好ましい。このずれが撮影レンズの射出瞳距離の０．０２６倍以内であると、補正値と感度にずれが生じない。
【００３４】
以上説明したとおり、第１の実施形態によれば、光路長に関する特性値ｈが対称性を有し、補正値ｃを関数で決定できる。このため、メモリの容量や計算の負荷を増大させることなく、光量ムラの補正の精度を高めることが可能になる。
【００３５】
なお、図６では、光路長に関する特性値ｈとしてマイクロレンズ１０５の高さを示し、１画素ごとにマイクロレンズ１０５の高さが異なる構成を示している。ただし、光路長に関する特性値ｈは、１画素ごとに異なる構成でなくてもよい。例えば、複数の画素の集合を１ブロックとし、ブロックごとに光路長に関する特性値ｈを異なる構成であってもよい。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る固体撮像素子１ｂの構成例を示す図である。なお、図９の上段は、第２の実施形態に係る固体撮像素子１ｂの平面模式図であり、下段は、上段のＡ−Ａ線断面における光路長に関する特性値ｈの例を示すグラフである。図９において、固体撮像素子１ｂに描かれた同心の四角形状の線は、下段のグラフに示すように、光路長に関する特性値ｈがある同じ値Ｖをとる位置を示す。第２の実施形態においても、画面中心Ｃに関して点対称の位置にある画素については、光路長に関する特性値ｈが同じである。そして、図９に示すように、光路長に関する特性値ｈが同じ値をとる画素が、画面中心Ｃを中心とする同心の四角形状に配置される。
【００３７】
本実施形態では、光路長に関する特性値ｈは、次の（式５）と（式６）で表される。
ｙ＜ａ｜ｘ｜  の領域では  ｈ＝ｆ（ｘ）      （式５）
ｙ＞ａ｜ｘ｜  の領域では  ｈ＝ｆ（ｙ）      （式６）
ａ：四角形状のアスペクト比
｜ｘ｜：ｘ座標の絶対値
【００３８】
この関数ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）は、第１の実施形態と同様に、画面中心Ｃを通過する直線に沿って複数の極値（極大値および極小値）を有するように変動する関数が適用される。この極値の数は１００以上であることが好ましい。そして、第１の実施形態と同様に、ます関数ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）を決め、この関数ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）を用いて光路長に関する特性値ｈを充足するように、固体撮像素子１ｂの構成を決定する方法が適用できる。また、まず反射回折ゴーストを抑制できるように固体撮像素子１ｂの構成を決定してから、固体撮像素子１ｂの光路長に関する特性値ｈの実測値をフィッティングすることでこの関数ｆ（ｘ），ｆ（ｙ）を決定してもよい。なお、光路長に関する特性値ｈと光量ムラを補正するための補正値ｃとの関係は、第１の実施形態と同じである。また、補正方法についても、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態によれば、固体撮像素子１ｂの画素が２次元に四角形状で配列されている。このため、各画素の座標（ｘ，ｙ）の値から、直接的に各画素の光路長に関する特性値ｈを決定できる。このように、第２の実施形態においては、画素の座標に応じて補正値ｃを変更する。このような構成であれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る固体撮像素子１ｃの構成例を示す図である。なお、図１０の上段は、第３の実施形態に係る固体撮像素子１ｃの平面模式図であり、下段は、上段のＡ−Ａ線断面における光路長に関する特性値ｈの例を示すグラフである。図１０の固体撮像素子１ｃの画面に描かれている同心の菱形形状の線は、下段の断面図で示すように、光路長に関する特性値ｈがある同じ値Ｖをとる位置を示している。第３の実施形態においても、画面中心Ｃに関して点対称の位置にある画素については、光路長に関する特性値ｈが同じである。そして、図１０に示すように、光路長に関する特性値ｈが同じ値をとる画素が、画面中心Ｃを中心とする同心の菱形形状に配置される。
【００４０】
光路長に関する特性値ｈは、（式７）と（式８）で表される。
ｘ・ｙ＞０  の領域では  ｈ＝ｆ（ｘ＋ａｙ）            （式７）
ｘ・ｙ＜０  の領域では  ｈ＝ｆ（ｘ−ａｙ）            （式８）
ここで、ａは、四角形状のアスペクト比である。
【００４１】
この関数ｆ（ｘ＋ａｙ），ｆ（ｘ−ａｙ）の構成、および決定方法は、第２の実施形態と同じ構成および方法が適用できる。光路長に関する特性値ｈと光量ムラの補正値ｃの関係は、第１の実施形態と同じである。また、補正方法についても、第１の実施形態と同じである。第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、固体撮像素子１ｃの画素が２次元に四角形状で配列されている。したがって、任意の位置の座標（ｘ，ｙ）の値から、直接に各画素の光路長に関する特性値ｈを決定できる。このように、第３の実施形態においても、画素の座標に応じて、補正値ｃを変更する。このような構成であれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１１（ａ）は、第４の実施形態に係る固体撮像素子１ｄの構成例を示す図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の一点鎖線に沿った光路長に関する特性値ｈの例を示すグラフである。図１１（ａ）において、固体撮像素子１ｄの画面に描かれた放射状の線は、光路長に関する特性値ｈがある同じ値Ｖをとる画素の位置を示している。また、図１１（ａ）の一点鎖線は、画面中心Ｃを中心とする円である。第４の実施形態においても、画面中心Ｃに関して点対称の位置にある画素については、光路長に関する特性値ｈが同じである。そして、図１１（ａ）に示すように、光路長に関する特性値ｈが同じ値をとる画素が、画面中心Ｃを中心として放射状に配置される。
【００４３】
光路長に関する特性値ｈは、次の（式９）と（式１０）を用いて表される。
ｈ＝ｆ（θ）            （式９）
θ＝ｓｉｎ-1（ｙ／（ｘ2＋ｙ2）1/2）            （式１０）
ただし、境界条件として、次の（式１１）を充足する必要がある。
ｆ（０）＝ｆ（２π）            （式１１）
【００４４】
関数ｆ（θ）は、（式１１）の境界条件を充足する関数であれば、第１〜第３の実施形態と同じでよい。このため、第４の実施形態においては、固体撮像素子１ｄの画面中心Ｃを中心とする円の円周上に位置する画素の光路長に関する特性値ｈは、この円の円周方向に沿って複数の極値を有するように変動する。光路長に関する特性値ｈと光量ムラを補正する補正値ｃの関係は、第１の実施形態と同じである。また、補正方法も、第１の実施形態と同じである。第４の実施形態によれば、画面中心Ｃでの構造の変化量の変動周期を短くすることができ、ゴーストなどの偽信号が目立ちやすい画面中央でのゴーストの発生をより強く抑制することが可能になる。
【００４５】
また、第４の実施形態は、単独で実施できるのみならず、第１〜第３の実施形態と組み合わせて実施することができる。この場合であっても、画面中心Ｃに関して点対称の位置にある画素については、光路長に関する特性値ｈが同じになる。そして、光路長に関する特性値ｈは、画面中心Ｃを通過する直線に沿って複数の極値を有するように変動するとともに、画面中心Ｃを中心とする円の円周方向に沿って複数の極値を有するように変動する。このように、第４の実施形態と、第１〜第３の実施形態と組み合わせることで、反射回折ゴーストを抑制する効果をさらに高めることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、前記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。例えば前記実施形態では、画像処理部２２５が補正手段として機能する構成を示したが、この構成に限定されない。例えば、カメラ制御部２２１が補正手段として機能する構成であってもよい。
【００４７】
前記実施形態では、光路長に関する特性値ｈとして、マイクロレンズ１０５の高さを示したが、光路長に関する特性値ｈは、マイクロレンズ１０５の高さに限定されない。前述のとおり、光路長に関する特性値ｈとしては、マイクロレンズ１０５の寸法や形状（高さと直径の少なくとも一方）、層間膜１０２の厚さ、層間膜１０２の屈折率、カラーフィルタ層１０４の厚さの少なくとも一つが適用できる。当然、これらの組み合わせであってもよい。
【００４８】
（その他の実施形態）
上述した実施形態の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。
【００４９】
さらに、次のような場合も本発明に含まれる。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：固体撮像素子、１０１：光電変換部、１０２：層間膜、１０３：配線、１０４：カラーフィルタ：、１０５：マイクロレンズ、１０７：ＩＲカットフィルタ、２：撮像装置、２１：撮像光学系、Ｌ：撮像光学系の光軸Ｌ（光路中心線）
【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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