(57)【要約】【課題】反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域面内の感度の均一性を簡便な構成及び方法により向上しうる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有し、撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる画素が配されており、複数列に渡って配されたｍ個の画素の構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータのベクトルが１次従属の関係にある、あるいは、複数行に渡って配されたｎ個の画素の構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータのベクトルが１次従属の関係にある。【選択図】図１
2017092381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有し、
前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素が配されており、
複数列に渡って配されたｍ個の前記画素の前記構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にある
あるいは、
複数行に渡って配されたｎ個の前記画素の前記構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にある
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
複数列に渡って配されたｍ個の前記画素の前記構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にあり、
さらに、
複数行に渡って配されたｎ個の前記画素の前記構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にある
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
光学中心を通る列方向又は行方向に沿った軸に対して対称の位置に配置された前記画素の前記構造パラメータが同じである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記撮像領域は、前記画素が行方向及び列方向に配されたブロックであって、前記画素の前記構造パラメータの配列が同じである複数のブロックを有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記構造パラメータは、列毎に規定された第１のパラメータと、行毎に規定された第２のパラメータとから算出されるように構成されており、
前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを記憶するメモリを更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記構造パラメータが異なることに起因する複数の前記画素の感度の不均一を、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータを用いて補正する信号処理部を更に有する
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】
前記構造パラメータは、像高に対して単調に変化しないように設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素は、前記光電変換部に光を集光するマイクロレンズを有し、
前記構造パラメータは、前記マイクロレンズの高さ、径、曲率又は屈折率によって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記画素は、前記光電変換部に入射する光を変調するカラーフィルタを有し、
前記構造パラメータは、前記カラーフィルタの厚さ、径又は屈折率によって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記画素は、前記光電変換部の上に配され、前記画素の開口率を規定する配線を更に有し、
前記構造パラメータは、前記配線の線幅又は間隔によって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記画素は、前記光電変換部の上に配された絶縁膜を有し、
前記構造パラメータは、前記絶縁膜の膜厚又は屈折率によって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記画素は、前記光電変換部に入射する光を導波する導波路を有し、
前記構造パラメータは、前記導波路の厚さ又は径によって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
さらに複数の読み出し回路を有し、
前記複数の読み出し回路の各々は、前記複数の画素が配された前記複数列の１つに対応して設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置が出力する前記画素の出力信号を用いて画像を生成する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
前記信号処理部が、前記構造パラメータに基づいて、前記画素の出力信号の補正を行うことを特徴とする請求項１４の撮像システム。
【請求項１６】
光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素を配し、
複数列に渡って配されたｍ個の前記画素の前記構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係とする、
あるいは、
複数行に渡って配されたｎ個の前記画素の前記構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係とする
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有し、前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素が配された固体撮像装置の設計方法であって、
第１の値に対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる第１のパラメータを、前記撮像領域の各列に対して割り振り、
第２の値に対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる第２のパラメータを、前記撮像領域の各行に対して割り振り、
前記画素の前記構造パラメータを、対応する列の前記第１のパラメータと対応する行の前記第２のパラメータとを乗算することにより得られる値に設定する
ことを特徴とする固体撮像装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型撮像素子やＣＭＯＳ型撮像素子に代表される撮像素子は、微細な周期構造を持つ反射面を有しており、この反射面が反射型回折格子と同様の作用をすることがある。この反射面によって周期的に強弱が繰り返される反射光が生成され、その反射光が他の光学部材で反射して再度撮像素子に入射すると、水玉模様状のゴースト像、いわゆる反射回折ゴーストが発生する。
【０００３】
特許文献１には、マイクロレンズの高さを画素間で異なるようにして周期性を緩和することで反射回折ゴーストの発生を抑制した撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１-０３０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された撮像装置では、マイクロレンズの高さが画素によって異なるため、撮像領域面内の感度が不均一になり画質が低下することがあった。
【０００６】
本発明の目的は、反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域面内の感度の均一性を簡便な構成及び方法により向上しうる固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有し、前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素が配されており、複数列に渡って配されたｍ個の前記画素の前記構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にあるあるいは、複数行に渡って配されたｎ個の前記画素の前記構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係にある固体撮像装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の観点によれば、光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素を配し、複数列に渡って配されたｍ個の前記画素の前記構造パラメータをｍ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２列の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係とする、あるいは、複数行に渡って配されたｎ個の前記画素の前記構造パラメータをｎ次元のベクトルとしてみたときに、任意の２行の前記構造パラメータの前記ベクトルが１次従属の関係とする固体撮像装置の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の更に他の観点によれば、光電変換部を有する画素が複数行及び複数列に渡って配された撮像領域を有し、前記撮像領域の各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、反射光の強度に影響する構造パラメータが異なる前記画素が配された固体撮像装置の設計方法であって、第１の値に対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる第１のパラメータを、前記撮像領域の各列に対して割り振り、第２の値に対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる第２のパラメータを、前記撮像領域の各行に対して割り振り、前記画素の前記構造パラメータを、対応する列の前記第１のパラメータと対応する行の前記第２のパラメータとを乗算することにより得られる値に設定する固体撮像装置の設計方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射回折ゴーストを抑制するとともに、撮像領域の面内における画素の感度の均一性を容易に改善することができ、良質の画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置における画素の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。
【図４】画素の出力信号レベルとマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態による固体撮像装置における撮像領域の画素感度分布を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態による固体撮像装置における感度分布の補正方法を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置及びその製造方法について、図１乃至図６を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態による固体撮像装置の構造を示す概略図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素の構造を示す概略断面図である。図３は、本実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。図４は、画素の出力信号レベルとマイクロレンズの高さとの関係を示すグラフである。図５は、本実施形態による固体撮像装置における撮像領域の感度分布を示す図である。図６は、本実施形態による固体撮像装置における感度分布の補正方法を示す図である。
【００１４】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、撮像領域１０と、垂直走査回路３０と、列読み出し回路４０と、水平走査回路５０と、制御回路６０と、出力回路７０とを有している。
【００１５】
撮像領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。垂直走査回路３０は、それぞれの画素１２から信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路（図示せず）を駆動するための制御信号を供給するものである。撮像領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図１において縦方向）に延在して、画素１２からの信号を出力するための出力線１４が配されている。出力線１４は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。出力線１４の一端は、列読み出し回路４０に接続されている。列読み出し回路４０は、画素１２から読み出された信号に対して増幅処理や必要に応じてＡＤ変換処理等の所定の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路４０は複数の読み出し回路を備える。この複数の読み出し回路の各々は、画素１２が配された１つの列に対応して設けられている。水平走査回路５０は、列読み出し回路４０において処理された信号を列毎に順次、出力回路７０に転送するためのものである。制御回路６０は、垂直走査回路３０、列読み出し回路４０及び水平走査回路５０の動作やそのタイミングを制御するためのものである。出力回路７０は、画素１２から読み出した信号を外部に出力するための回路である。出力回路７０は、必要に応じて、画素１２から読み出した信号に対して補正処理を実施する補正処理部を含んでもよい。
【００１６】
それぞれの画素１２は、例えば図２に示すように、光電変換部１８と、導波路２２と、カラーフィルタ２６と、マイクロレンズ２８とを有している。光電変換部１８は、基板１６内に設けられている。導波路２２は、光電変換部１８が設けられた基板１６上に形成された絶縁膜２０内に設けられている。絶縁膜２０には、また、光電変換部１８や図示しない読み出し回路を構成する素子を電気的に接続する配線２４が設けられている。カラーフィルタ２６及びマイクロレンズ２８は、絶縁膜２０上に配されている。これにより、撮像領域１０に入射した光が、各画素１２において、マイクロレンズ２８により集光され、カラーフィルタ２６を通過し、導波路２２内を伝搬し、光電変換部１８に入射するようになっている。
【００１７】
画素１２の光電変換部１８は、入射光をその光量に応じた電荷に変換（光電変換）するとともに、光電変換により生じた電荷を蓄積する。画素１２の読み出し回路は、制御回路６０の制御のもとに垂直走査回路３０から行単位で出力される制御信号に応じて、光電変換部１８に蓄積された電荷の量に応じた画素信号を、出力線１４に出力する。列読み出し回路４０は、画素１２から読み出された画素信号に対して増幅処理や必要に応じてＡＤ変換処理等の所定の信号処理を実施し、処理後の画素信号を一時的に保持する。そして、列読み出し回路４０は、制御回路６０の制御のもとに水平走査回路５０から出力される制御信号に応じて、処理後の画素信号を列毎に出力回路７０へと出力する。出力回路７０は、列読み出し回路４０から出力された画素信号を、必要に応じて所定の補正処理を実施した後、固体撮像装置１００の外部へと出力する。
【００１８】
ここで、本実施形態による固体撮像装置１００は、反射光の強度に影響する画素１２の構造パラメータが、撮像領域１０内の場所によって異なっている。反射光の強度に影響する画素１２の構造パラメータとしては、後述するように種々のものが挙げられるが、本実施形態では一例として、マイクロレンズ２８の形状、例えばマイクロレンズ２８の高さを例示する。撮像領域１０内の場所によって異なっているとは、撮像領域１０の、各列に少なくとも２種類、各行に少なくとも２種類、構造パラメータの異なる画素１２が含まれていることを意味する。以下に、画素１２がｍ列×ｎ行のマトリクス状に配列された画素アレイからなる撮像領域１０を例にして、本実施形態による固体撮像装置１００をより具体的に説明する。
【００１９】
撮像領域１０内に配された複数の画素１２のマイクロレンズ２８は、画素１２の配列に応じたマイクロレンズアレイを構成している。図３は、撮像領域１０内の各マイクロレンズ２８の高さを、マイクロレンズアレイの配列に対応する２次元的な配列として模式的に示した図である。図３において、各列に割り振られたｍ個の変数ｘ１，ｘ２，ｘ３，…，ｘｍ−１，ｘｍは、列の設計パラメータ１１２である。また、各行に割り振られたｎ個の変数ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙｎ−１，ｙｎは、行の設計パラメータ１１４である。設計パラメータ１１２，１１４は、一定の範囲で変動する乱数からなる。
【００２０】
各画素１２のマイクロレンズ２８の高さＨは、列の設計パラメータ１１２と、行の設計パラメータ１１４とに基づいて設定される。具体的には、ｉ列ｊ行目の画素１２のマイクロレンズ２８の高さＨｉ，ｊは、対応するｉ列の設計パラメータ１１２をｘｉ、対応するｊ行の設計パラメータ１１４をｙｊとして、これらの積ｘｉ×ｙｊにより算出される。例えば、第３列の第２行に位置する画素１２のマイクロレンズ２８の高さＨ３，２はｘ３ｙ２であり、第ｍ列の第ｎ−１行に位置する画素１２のマイクロレンズ２８の高さＨｍ，ｎ−１はｘｍｙｎ−１である。すなわち、ｍ列×ｎ行の画素１２からなる撮像領域１０におけるマイクロレンズ２８の高さは、ｎ行×ｍ列の数学的な行列で表現することができる。本明細書では、このｎ行×ｍ列の行列を、マイクロレンズ２８の高さ行列１１６と呼ぶものとする。
【００２１】
反射回折ゴーストは可視光の干渉によって生じるため、近傍の画素１２のマイクロレンズ２８の高さとの差によって反射回折ゴーストを抑制できるよう、高さの変動範囲を可視光の波長である±数百ｎｍのオーダーにすると良い。また、近接するマイクロレンズ２８同士の高さに差があることが反射回折現象の抑制につながるので、マイクロレンズ２８の高さは像高に対して単調に変化せず、変曲点を持つことが好ましい。
【００２２】
これらの観点から、設計パラメータ１１２，１１４は、これらの積の値ｘｉ×ｙｊが撮像に最適なマイクロレンズ２８の高さＨ０に対して±数百ｎｍの範囲で変動する乱数とするのが望ましい。設計パラメータ１１２，１１４を乱数としているのは、撮像領域１０内におけるマイクロレンズアレイの周期性を緩和して反射回折現象を抑制するうえで乱数を用いることが容易且つ有効であるためである。
【００２３】
本実施形態の固体撮像装置１００におけるマイクロレンズアレイは、マイクロレンズ２８の高さが、上述したように数学的な行列によって表される分布を備える。マイクロレンズ２８の高さを列方向にｎ次元のベクトルと考えた場合、各列のマイクロレンズの高さベクトルは、任意の他の列のマイクロレンズの高さベクトルの定数倍で実現することができる。よって、任意の２列のマイクロレンズの高さベクトルは、互いに１次従属の関係になる。したがって、マイクロレンズ２８の高さ行列１１６の階数は１になる。また、同じように、マイクロレンズ２８の高さを行方向にｍ次元のベクトルと考えた場合、各行のマイクロレンズの高さベクトルは、任意の他の列のマイクロレンズの高さベクトルの定数倍で実現することができる。よって、任意の２行のマイクロレンズの高さベクトルは、互いに１次従属の関係になる。
【００２４】
このように各画素１２のマイクロレンズ２８の高さを規定することによって、以下に述べるような１次元での感度ムラ補正が可能になる。各マイクロレンズ２８の高さに応じて感度を２次元で補正することで感度ムラは低減可能であるが、２次元の補正処理は計算負荷やメモリ容量の観点から好ましくない。
【００２５】
ここで、画素１２の感度とマイクロレンズ２８の高さとの関係について、図４を用いて説明する。図４は、画素１２から出力される画素信号の信号レベルとマイクロレンズ２８の高さとの関係の一例を示すグラフである。なお、画素１２から出力される画素信号の信号レベルが高いほど、画素１２の感度が高いことを表している。
【００２６】
図４に示すように、数百ｎｍの範囲内におけるマイクロレンズ２８の高さの変化に対する画素信号の信号レベル（感度）の変化は、１次関数で精度よく近似することができる。したがって、画素１２から出力される画素信号の信号レベルＳは、マイクロレンズ２８の高さをＨとして、以下の式（１）により近似することができる。
Ｓ＝ａＨ＋ｂ  …（１）
ここで、ａ，ｂは定数であり、事前に実験やシミュレーション等で求めておく。更に、各画素１２への入射光量の違いを考慮すると、式（１）は、入射光量をＬとして、以下の式（２）のように拡張することができる。
Ｓ＝Ｌ（ａＨ＋ｂ）  …（２）
【００２７】
本実施形態による固体撮像装置１００では、前述の通り、マイクロレンズ２８の高さＨが画素１２によって異なるため、画素１２毎に感度も異なり、撮像領域１０の面内では感度ムラが発生することになる。そこで、各画素１２から出力される画素信号に対して、その画素１２の感度に応じた補正を行い、撮像領域１０の面内における感度分布の不均一を解消する。
【００２８】
次に、撮像領域１０の面内における感度分布を補正する方法について、具体的に説明する。なお、感度ムラの補正は、例えば、固体撮像装置１００の出力回路７０や、固体撮像装置１００の外部の信号処理部（例えば、後述する第６実施形態による撮像システムの信号処理部２０８）により実施をすることができる。この信号処理部が行う補正は、構造パラメータを用いて行うことができる。
【００２９】
撮像領域１０の面内における感度分布は、図３の高さ行列１１６の各要素をＨとして上記の式に代入することで、図５のように表すことができる。ここで、Ｌｉ，ｊは、ｉ列ｊ行目の画素１２への入射光量である。
【００３０】
まず、各画素１２の出力信号の値を、（ａＨｉ，ｊ＋ｂ）、すなわち（ａｘｉｙｊ＋ｂ）で除算することによって、各画素１２への入射光量Ｌｉ，ｊの分布を表す図６（ａ）に示すような行列データが得られる。
【００３１】
次に、各画素１２への入射光量Ｌｉ，ｊに対して、（ａＨ０＋ｂ）を乗算することによって、図６（ｂ）に示すような行列データが得られる。この行列データの各要素は、当該画素１２のマイクロレンズ２８の高さが撮像に最適なマイクロレンズ２８の高さＨ０であった場合に得られる出力信号の信号レベルを表すものである。すなわち、上述の補正処理を行うことにより、撮像領域１０の面内におけるマイクロレンズ２８の高さの不均一性に起因する感度分布を適切に補正することができる。
【００３２】
撮像領域１０を構成する複数の画素１２に対して感度補正を行う場合、複数の画素１２のそれぞれに対応する補正係数を記憶しておくことも考えられる。この場合、固体撮像装置には、少なくともｍ×ｎ個の補正係数を記憶しておくフレームメモリが必要である。これに対し、本実施形態による固体撮像装置では、列数と行数の和に応じた数のラインメモリがあればよい。一般に撮像領域の行数及び列数は数千のオーダーであるので、メモリ容量を３桁以上削減することができる。したがって、本実施形態の固体撮像装置によれば、補正システムをシンプルかつローコストで実現することができる。
【００３３】
次に、本実施形態による固体撮像素子の製造方法について、撮像領域１０がｍ列×ｎ行の画素アレイで構成される場合を例にして説明する。
【００３４】
まず、列の設計パラメータ１１２及び行の設計パラメータ１１４を生成する。撮像領域１０を構成する画素アレイの各画素１２のマイクロレンズ２８の高さを規定するマイクロレンズ２８の高さ行列１１６は、前述のように、列の設計パラメータ１１２と行の設計パラメータ１１４とを元にして生成される。列の設計パラメータ１１２は、定数Ｈｘに対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる。また、行の設計パラメータ１１４は、定数Ｈｙに対して一定の範囲で変動する乱数の集合からなる。ここで、定数Ｈｘ，Ｈｙは、これらの積、Ｈｘ×Ｈｙが、撮像に最適なマイクロレンズ２８の高さＨ０となるように、適宜選択される。
【００３５】
定数Ｈｘに対して一定の範囲で変動する乱数をｍ個発生し、これを列の設計パラメータ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，…，ｘｍ−１，ｘｍ）１１２とする。また、定数Ｈｙに対して一定の範囲で変動する乱数をｎ個発生し、これを行の設計パラメータ（ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙｎ−１，ｙｎ）１１４とする。定数Ｈｘ，Ｈｙに対して変動する範囲は、列の設計パラメータ１１２と行の設計パラメータ１１４とを乗算したときの高さＨ０に対する変動範囲が±数百ｎｍの範囲となるように、適宜選択する。
【００３６】
次いで、生成した列の設計パラメータ１１２及び行の設計パラメータ１１４を元にして、マイクロレンズ２８の高さ行列１１６を生成する。マイクロレンズ２８の高さ行列１１６の各要素は、各画素１２の列番号と行番号に対応する列の設計パラメータ１１２と行の設計パラメータ１１４との積を計算することにより、算出する。
【００３７】
このように生成されたマイクロレンズ２８の高さ行列１１６は、固体撮像装置を製造する際に、各画素１２のマイクロレンズ２８の高さを規定するデータとして利用する。例えば、高さの異なるマイクロレンズ２８は、グレイトーンマスクを用いたフォトリソグラフィーを利用することにより、形成することができる。この場合、グレイトーンマスクのデータを生成する際に高さ行列１１６のデータを参照し、画素１２の場所に応じて所定の高さのマイクロレンズ２８を形成するためのパターンを配置すればよい。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、マイクロレンズアレイの周期性に起因する反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域の面内における感度の不均一化を防止し、良質の画像を取得することができる。
【００３９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置及びその製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。図１乃至図６に示す第１実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００４０】
本実施形態による固体撮像装置１００は、ｍ列×ｎ行のマトリクス状に画素１２が配置された画素アレイのブロックが、列方向にｉ回、行方向にｊ回、繰り返し配列された撮像領域１０を有している。すなわち、撮像領域１０は、画素１２がｉｍ列×ｊｎ行のマトリクス状に配列された画素アレイのブロックにより構成されている。繰り返し単位であるｍ列×ｎ行の画素アレイは、第１実施形態による固体撮像装置の撮像領域１０を構成する画素アレイのブロックと同じである。
【００４１】
図７に、本実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズ２８の列の設計パラメータ１２２、行の設計パラメータ１２４及び高さ行列１２６を示す。列の設計パラメータ１２２は、ｍ個のパラメータからなる第１実施形態の行の設計パラメータ１１４をｉ回繰り返したｉｍ個のパラメータからなる。行の設計パラメータ１２４は、ｎ個のパラメータからなる第１実施形態の行の設計パラメータ１１４をｊ回繰り返したｊｎ個のパラメータからなる。マイクロレンズ２８の高さ行列１２６は、対応する列の設計パラメータ１２２と対応する行の設計パラメータ１２４とを乗算したものである。
【００４２】
反射回折ゴーストは、数μｍ〜数十μｍ程度の距離に位置する画素１２との間の干渉によって発生することが知られている。それより遠くの画素１２との間では干渉する回折角が小さくなりゴースト像がフレアの中に入ってしまうため、結果的に問題とならない。したがって、設計パラメータ１２２，１２４は、反射回折ゴーストの影響が生じない一定以上の周期（本実施形態では、列に対してｍ列毎、行に対してｎ行毎）で繰り返しても問題はない。
【００４３】
こうすることによって、マイクロレンズ２８の高さの種類が減るため、設計が比較的容易になる。また、補正パラメータの種類も減るため、補正処理も比較的容易になる。また、列の設計パラメータ１２２としては第１実施形態と同様のｍ個の設計パラメータが、行の設計パラメータ１２４としては第１実施形態と同様のｎ個の設計パラメータが記憶されていれば十分であり、メモリ容量を低減することも可能である。
【００４４】
本実施形態のようにマイクロレンズ２８の高さ行列１２６を設計した場合でも、マイクロレンズ２８の高さ行列１２６の階数は１のままであり、第１実施形態の場合と同等の補正処理によって感度ムラを補正することが可能である。
【００４５】
なお、列の総数と１周期の列数や行の総数と１周期の行数との間に約数が存在しない場合には、列や行に余りが生じることも考えられる。このような場合には、１周期の途中で打ち切っても問題はない。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、マイクロレンズアレイの周期性に起因する反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域の面内における感度の不均一化を防止し、良質の画像を取得することができる。
【００４７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による固体撮像装置及びその製造方法について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。図１乃至図７に示す第１及び第２実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００４８】
本実施形態による固体撮像装置１００では、同じ形状のマイクロレンズ２８が、撮像領域１０に光を集光するための光学系の光学中心１３８（ここでは、撮像領域１０の中心を想定）を軸として、行方向及び列方向の対称の位置に配置されている。
【００４９】
一例として、図８に示すような２ｍ列×２ｎ行のマトリクス状に画素１２が配列された画素アレイにより撮像領域１０が構成され、左上のｍ列×ｎ行の画素アレイ部分に、第１実施形態で説明したｍ列×ｎ行の画素アレイのブロックが配置された場合を想定する。この場合、第１列〜第ｍ列の第ｎ＋１行〜第２ｎ行の画素アレイ部分には、第１実施形態で説明したｍ列×ｎ行の画素アレイを上下方向（列方向）にミラー反転した画素アレイのブロックが配列される。また、第ｍ＋１列〜第２ｍ列の第１行〜第２ｎ行の画素アレイ部分には、第１列〜第ｍ列の第１行〜第２ｎ行の画素アレイを左右方向（行方向）にミラー反転した画素アレイのブロックが配列される。
【００５０】
すなわち、２ｍ個で構成される列の設計パラメータ１３２は、ｘ１，ｘ２，…，ｘｍ，ｘｍ，…，ｘ２，ｘ１というように、光学中心１３８を通る軸に対して左右対称に配列される。また、２ｎ個で構成される行の設計パラメータ１３４は、ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ，ｙｎ，…，ｙ２，ｙ１というように、光学中心１３８を通る軸に対して上下対称に配列される。マイクロレンズ２８の高さ行列１３６は、対応する列の設計パラメータ１３２と対応する行の設計パラメータ１３４とを乗算したものである。
【００５１】
画素１２に入射する光の入射角は、光学中心１３８から遠い画素１２ほど法線方向に対して傾斜する。このため、ある注目画素に対して光学中心１３８に近い方向に隣接する画素１２のマイクロレンズ２８の高さが相対的に高かった場合、光の入射角によっては隣接するこの画素１２の影響を受けて感度が低下してしまう。この場合、注目画素の感度がマイクロレンズ２８の高さだけでは決まらなくなる。すると、上述の式（１）の近似精度が相対的に低くなり、感度ムラの補正残りが生じることがある。本実施形態による固体撮像装置のように、マイクロレンズ２８の設計パラメータを、光学中心１３８を軸として対称に配列することにより、補正残りを低減することができる。
【００５２】
本実施形態のようにマイクロレンズ２８の高さ行列１３６を設計した場合でも、マイクロレンズ２８の高さ行列１３６の階数は１のままであり、第１実施形態の場合と同等の補正処理によって感度ムラを補正することが可能である。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、マイクロレンズアレイの周期性に起因する反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域の面内における感度の不均一化を防止し、良質の画像を取得することができる。
【００５４】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による固体撮像装置及びその製造方法について、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による固体撮像装置におけるマイクロレンズの設計パラメータ及び高さ行列を示す図である。図１乃至図８に示す第１乃至第３実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５５】
本実施形態による固体撮像装置１００は、第２実施形態による固体撮像装置の撮像領域１０の画素アレイを基本単位として、第３実施形態で説明した光学中心に対して左右対称な配列としたものである。
【００５６】
一例として、図９に示すような２ｉｍ列×２ｊｎ行のマトリクス状に画素１２が配列された画素アレイにより撮像領域１０が構成され、左上のｉｍ列×ｊｎ行の画素アレイ部分に第２実施形態で説明したｉｍ列×ｊｎ行の画素アレイが配置された場合を想定する。この場合、第１列〜第ｉｍ列の第ｊｎ＋１行〜第２ｊｎ行の画素アレイ部分には、第２実施形態で説明したｉｍ列×ｊｎ行の画素アレイのブロックを上下方向（列方向）にミラー反転した画素アレイのブロックが配列される。また、第ｉｍ＋１列〜第２ｍｉ列の第１行〜第２ｊｎ行の画素アレイ部分には、第１列〜第ｉｍ列の第１行〜第２ｊｎ行の画素アレイのブロックを左右方向（行方向）にミラー反転した画素アレイのブロックが配列される。
【００５７】
すなわち、２ｉｍ個で構成される列の設計パラメータ１４２は、ｘ１，ｘ２，…，ｘｍ，…，ｘ１，ｘ２，…，ｘｍ，ｘｍ，…，ｘ２，ｘ１，…，ｘｍ，…，ｘ２，ｘ１というように、光学中心１４８を通る軸に対して左右対称に配列される。また、２ｊｎ個で構成される行の設計パラメータ１４４は、ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ，…，ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ，ｙｎ，…，ｙ２，ｙ１，…，ｙｎ，…，ｙ２，ｙ１というように、光学中心１４８を通る軸に対して上下対称に配列される。マイクロレンズ２８の高さ行列１４６は、対応する列の設計パラメータ１４２と対応する行の設計パラメータ１４４とを乗算したものである。
【００５８】
このようにすることで、第１実施形態に対する第３実施形態と同等の効果が第２実施形態に対して得られる。
【００５９】
本実施形態のようにマイクロレンズ２８の高さ行列１４６を設計した場合でも、マイクロレンズ２８の高さ行列１４６の階数は１のままであり、第１実施形態の場合と同等の補正処理によって感度ムラを補正することが可能である。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、マイクロレンズアレイの周期性に起因する反射回折ゴーストを抑制しつつ、撮像領域の面内における感度の不均一化を防止し、良質の画像を取得することができる。
【００６１】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システムについて、図１０を用いて説明する。図１乃至図９に示す第１乃至第４実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００６２】
上記第１乃至第４実施形態で述べた固体撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、例えば、デジタル一眼レフカメラ、デジタルコンパクトカメラ、デジタルムービーカメラ等のデジタルカメラに適用されうる。本発明の撮像システムにおいて、固体撮像装置１００の撮像面に被写体の像を形成する光学系は、交換式であってもよいし、固定式であってもよい。
【００６３】
図１０には、撮像システムの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。例示した撮像システム２００は、固体撮像装置１００、被写体の光学像を固体撮像装置１００に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、固体撮像装置１００に光を集光する光学系である。固体撮像装置１００は、第１乃至第４実施形態で説明した固体撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００６４】
撮像システム２００は、また、固体撮像装置１００より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、固体撮像装置１００が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、固体撮像装置１００が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、固体撮像装置１００とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、固体撮像装置１００と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００６５】
撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。更に撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００６６】
更に撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、固体撮像装置１００と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも固体撮像装置１００と、固体撮像装置１００から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【００６７】
固体撮像装置１００は、画像用信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、固体撮像装置１００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部２０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。
【００６８】
第１乃至第４実施形態による固体撮像装置１００を適用することにより、反射回折ゴーストを抑制しつつ撮像領域の面内における感度の不均一化を防止することができ、より良質の画像を取得可能な撮像システムを実現することができる。
【００６９】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、光電変換部１８に光を集光するマイクロレンズ２８の高さを撮像領域１０の面内で不均一にすることによって反射回折ゴーストを抑制する例を示した。しかしながら、反射回折ゴーストを抑制するために使用可能な構造パラメータは、これに限定されるものではない。例えば、マイクロレンズ２８の高さのほか、マイクロレンズ２８の径、曲率又は屈折率を構造パラメータとしてもよい。これら構造パラメータを撮像領域１０の面内で不均一にすることによっても、反射回折ゴーストを抑制することができる。
【００７１】
また、構造パラメータは、必ずしもマイクロレンズ２８に関係するものである必要はない。反射回折ゴーストの原因となる反射面がシリコンなどの光電変換部であった場合、反射部までの光路長を不均一にすることによって反射回折ゴーストを抑制することができる。したがって、上記構造パラメータは、光電変換部１８に入射する光を変調するカラーフィルタ２６の厚さ、径又は屈折率であってもよい。或いは、光電変換部１８上に配され画素１２の開口率を規定する配線２４の線幅や間隔であってもよい。或いは、光電変換部１８上に配された絶縁膜２０の膜厚又は屈折率であってもよい。或いは、光電変換部に入射する光を導波するための導波路２２の厚さ又は径であってもよい。これら構造パラメータを用いる場合にも、これら構造パラメータと感度との関係を予め求めておくことにより、上記実施形態と同様の補正処理を行うことができる。
【００７２】
上記種々の構造パラメータは、２つ以上を任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、１つの画素１２が１つの光電変換部１８を有する場合を例にして説明したが、１つの画素１２が複数の光電変換部１８を有していてもよい。この場合、画素１２の複数の光電変換部１８からの出力信号を利用して、焦点検出用信号を生成することも可能である。
【００７４】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…撮像領域
１２…画素
１８…光電変換部
２８…マイクロレンズ
１００…固体撮像装置
１１２，１２２，１３２，１４２…列の設計パラメータ
１１４，１２４，１３４，１４４…行の設計パラメータ
１１６，１２６，１３６，１４６…マイクロレンズの高さ行列
１３８，１４８…光学中心
【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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