專利名稱：固態(tài)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠進行相差方法的自動聚焦檢測和捕捉視差圖像以用于立體鏡檢查的固態(tài)成像裝置。
背景技術(shù)：
在專利文獻I和2中公開了除了被攝體圖像的成像之外能夠進行相差方法的自動聚焦檢測(在下文中被稱作相差AF)的固態(tài)成像裝置。用于相差AF的固態(tài)成像裝置具有每一個具有光電二極管(在下文中被稱作ro)的像素(在下文中被稱作相差檢測像素)。ro對于在光接收表面上入射的光的入射角的向右或者向左方向具有選擇性。在相差檢測像素中，將光會聚到ro中的微透鏡的光軸和通過覆蓋ro的光屏蔽膜形成的開口的中心在向右或者向左方向上移位。在相差AF的固態(tài)成像裝置中，相差檢測像素在成像表面中以預定圖案被布置。在相差AF的固態(tài)成像裝置中，當通過成像光學系統(tǒng)在成像表面上形成的被攝體圖像離焦時，在使用具有向右方向的選擇性的各個相差檢測像素產(chǎn)生的圖像和使用具有向左方向的選擇性的各個相差檢測像素產(chǎn)生的圖像之間存在位置移位。從位置移位量獲得成像光學系統(tǒng)的散焦量，并且成像光學系統(tǒng)移動。因此，相差方法的自動聚焦得以執(zhí)行。近來，已經(jīng)提出了僅僅具有被布置在成像表面中的相差檢測像素的固態(tài)成像裝置。在該固態(tài)成像裝置中，使用具有向右方向的選擇性的各個相差檢測像素產(chǎn)生右眼圖像(R視點圖像)。使用具有向左方向的選擇性的各個相差檢測像素產(chǎn)生左眼圖像(L視點圖像)。由此，獲得了引起雙眼視差的一對R和L視點圖像(在下文中被稱作視差圖像)。通常，為了捕捉視差圖像，有必要使用相互平行地部署的兩對拍攝透鏡和固態(tài)成像裝置。另一方面，以上配置的固態(tài)成像裝置僅僅需要一對拍攝透鏡和固態(tài)成像裝置。因此，利用簡單的配置捕捉到視差圖像?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:專利公開公報N0.59-33409專利文獻2:專利公開公報N0.2000-15682
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題當通過移位光屏蔽膜的開口形成相差檢測像素時，需要根據(jù)移位量減小開口的面積。因此，與其中微透鏡的光軸與光屏蔽膜的開口的中心一致的正常像素相比較，減小了相差檢測像素的敏感性。存在另一種類型的相差檢測像素，其中微透鏡的光軸相對于ro的光接收表面的中心移位。在此情形中，減小了微透鏡的直徑以便防止光入射到相鄰像素上。這種配置也以類似的方式減小了相差檢測像素的敏感性。因此有必要在具有相差檢測像素的固態(tài)成像裝置中改進相差檢測像素的敏感性。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種具有帶有改進的敏感性的相差檢測像素的固態(tài)成像裝置。用于解決所述問題的手段為了實現(xiàn)以上和其它目的，一種固態(tài)成像裝置包括像素集合、像素行和成像表面。像素集合具有N (N是大于或者等于二的整數(shù))個像素和微透鏡。各個像素具有用于根據(jù)入射光積聚電荷的光電轉(zhuǎn)換器。微透鏡將光會聚到各個像素中。各個像素布置在具有大致
I:2的高度和寬度比率的矩形區(qū)域中，使得各個光電轉(zhuǎn)換器關(guān)于矩形區(qū)域在寬度方向上的中心是線對稱的或者旋轉(zhuǎn)對稱的。微透鏡被如此部署，使得微透鏡的光軸基本與矩形區(qū)域的中心一致。微透鏡的尺寸大于矩形區(qū)域在高度方向上的長度并且小于或者等于矩形區(qū)域在寬度方向上的長度。像素行由在寬度方向上布置的像素集合構(gòu)成。像素行在成像表面中在高度方向上布置。相鄰像素行在寬度方向上相互移位矩形區(qū)域的一半。微透鏡延伸出矩形區(qū)域的部分與在相鄰像素行中的兩個相鄰像素集合的兩個微透鏡之間的空間重疊。優(yōu)選的是，像素行在成像表面的水平方向上延伸并且微透鏡在45度傾斜方向上布置。像素集合具有濾色器。優(yōu)選的是，濾色器以類似于微透鏡的方式在成像表面中在45度傾斜方向上彼此相鄰地被布置。濾色器包括用于透射紅色光的紅色濾色器、用于透射綠色光的綠色濾色器，和用于透射藍色光的藍色濾色器。第一濾色器集合由在45度傾斜方向上彼此相鄰地布置的兩個綠色濾色器和在45度傾斜方向上彼此相鄰地布置的、與綠色濾色器鄰近的兩個紅色濾色器構(gòu)成。其中紅色濾色器被藍色濾色器替代的第一濾色器集合構(gòu)成第二濾色器集合。優(yōu)選的是，第一和第二濾色器集合在成像表面中以棋盤式圖案被布置。優(yōu)選的是，濾色器具有旋轉(zhuǎn)大致45度的正方形形狀，并且正方形形狀的對角線大致等同于矩形區(qū)域在寬度方向上的長度，并且濾色器的中心與微透鏡的光軸一致。優(yōu)選的是，當N為二時各個像素具有正方形形狀，并且像素在成像表面中以單純正方形柵格圖案在水平和垂直方向上彼此相鄰地被布置。像素行可以在成像表面的45度傾斜方向上延伸，并且微透鏡可以在水平和垂直方向上彼此相鄰地布置。在此情形中，當N為2時，優(yōu)選的是，兩個正方形像素在45度傾斜方向上彼此相鄰地布置。優(yōu)選的是，在像素集合中的所述各個像素的光電轉(zhuǎn)換器或者所述各個像素的光屏蔽膜的開口靠近微透鏡的中心地移位。優(yōu)選的是，當N為3到5時像素行在矩形區(qū)域的寬度方向上延伸。當該N個像素是第一到第五像素時，第一像素被部署在矩形區(qū)域的中間。第二和第三像素在第一像素的右側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中。優(yōu)選的是，第四和第五像素在第一像素的左側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中。優(yōu)選的是，微透鏡具有直徑為V 2A的基本半球形形狀，其中矩形區(qū)域在高度方向上的長度為A。微透鏡可以具有帶有基本正方形外形的凸形表面。微透鏡可以具有半橢圓形形狀，其長軸的長度基本等于像素集合在寬度方向上的長度。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，一個微透鏡被設(shè)置成覆蓋像素。各個像素被用作相差檢測像素。微透鏡的直徑或者最大寬度大于在高度方向上設(shè)置有相應的像素的光電轉(zhuǎn)換器的矩形區(qū)域的長度。像素集合被布置成構(gòu)成成像表面，使得微透鏡延伸出該區(qū)域的部分與在相鄰像素行中彼此面對的兩個像素集合的微透鏡之間的空間重疊。由此，與通過移位光屏蔽膜的開口形成的相差檢測像素相比較，增加了微透鏡的直徑。因此，增加了為相差檢測像素的像素的敏感性。


圖1是概略地圖示CXD圖像傳感器的截面結(jié)構(gòu)的解釋性視圖。圖2是圖示成像表面的配置的解釋性視圖。圖3是圖示像素集合的配置的解釋性視圖。圖4是圖示像素的濾色器的布置的解釋性視圖。圖5是通過實例圖示濾色器的另一個布置的解釋性視圖。圖6是圖示其中相應的H)的位置朝向濾色器的中心和微透鏡的中心移位的布置的解釋性視圖。圖7是其中使用正方形微透鏡的實例的解釋性視圖。圖8是其中使用半橢圓形微透鏡的實例的解釋性視圖。圖9是圖示其中像素在45度傾斜方向上被布置并且微透鏡和濾色器以單純正方形柵格圖案被布置的實例的解釋性視圖。圖10是其中濾色器以Bayer圖案被布置的實例的解釋性視圖。圖11是其中相應的H)的位置朝向濾色器和微透鏡在左右方向上的中心線移位的實例的解釋性視圖。圖12是具有三個像素的像素集合的一個實例的解釋性視圖。圖13是具有四個像素的像素集合的一個實例的解釋性視圖。圖14是具有五個像素的像素集合的一個實例的解釋性視圖。圖15是具有五個不同尺寸的像素的像素集合的一個實例的解釋性視圖。圖16是其中擋板被設(shè)置在光瞳位置中的實例的解釋性視圖。圖17是圖示擋板的配置的解釋性視圖。圖18是圖示背光照明式固態(tài)成像裝置的像素集合的配置的解釋性視圖。圖19是通過實例圖示在圖17的固態(tài)成像裝置上入射的光的解釋性視圖。
具體實施例方式如在圖1和2中所示，是固態(tài)成像裝置的CXD圖像傳感器10設(shè)置有像素集合16。每一個像素集合16由兩個像素即帶有相應的光電二極管(PD) 11的第一和第二像素12和
13、微透鏡14和濾色器15構(gòu)成。PDll是將入射光轉(zhuǎn)換成電荷并且積聚電荷的光電轉(zhuǎn)換器。像素12和13在水平方向上并排地布置。微透鏡14被部署成對應于像素12和13。微透鏡14將光會聚到像素12和13中。濾色器15被部署在像素12和13與微透鏡14之間。濾色器15在被微透鏡14會聚的光中僅僅向像素12和13中的相應一個透射特定顏色(波長)的光。像素12和13具有相同尺寸的正方形形狀并且被如此布置，使得它們的相應的邊在成像表面20中相互接觸(見圖2)。roil具有正方形形狀。roil的中心與像素12和13相應的中心一致。像素集合16在半導體基板之上的區(qū)域17具有帶有大致1:2的高度和寬度比率的矩形形狀。像素12和13中的各個的roil關(guān)于區(qū)域17在寬度(縱向)方向上的中心是線對稱的。注意，更加精確地，PDIi的形狀指的是roll通過光屏蔽膜的開口暴露的部分的形狀。微透鏡14具有半球形形狀。微透鏡14被如此部署，使得它的光軸與在像素12和13之間的中點即區(qū)域17的中心一致。微透鏡14可以由通過將各個傳統(tǒng)微透鏡移動A/2而被組合到一起并且被放大的兩個傳統(tǒng)微透鏡構(gòu)成。這里，A表示區(qū)域17在高度方向(垂直于縱向方向的方向)上的長度。注意，傳統(tǒng)微透鏡指的是帶有與I3Dll的中心一致的光軸并且具有大致等同于對應的像素的區(qū)域的直徑的微透鏡。正方形濾色器(濾色器部)15被旋轉(zhuǎn)45度并且被如此部署，使得濾色器15的中心與微透鏡14的光軸一致。濾色器15的對角線的長度為2A，S卩，區(qū)域17在寬度方向上的長度。微透鏡14具有濾色器15的內(nèi)切圓的尺寸。這些尺寸是允許像素集合16被彼此相鄰地布置的、用于微透鏡14和濾色器15的最大尺寸。當濾色器15具有正方形形狀時，每一邊的長度B是V 2A，并且濾色器15的面積是2A2。S卩，濾色器15的面積是像素12和13中的每一個的面積的兩倍。濾色器15的每一邊的長度B等同于微透鏡14的直徑。相應地，微透鏡14的外圓(帶有直徑B的圓)的面積是πΑ2/2。帶有直徑A的傳統(tǒng)微透鏡的外圓的面積是πΑ2/4。因此，像素集合16的微透鏡14的外圓的面積是傳統(tǒng)微透鏡的外圓的面積的兩倍。在CXD圖像傳感器10中，像素集合16在寬度方向上被部署使得像素集合16的區(qū)域17的寬度方向(縱向方向)與水平方向平行。由此，像素集合16構(gòu)成像素行18。如在圖2和3中所示，在CCD圖像傳感器10中，像素行18在在區(qū)域17的高度方向(垂直方向)上被布置。相鄰像素行18之一從另一個移位區(qū)域17的半間距以防止相同類型(第一像素12或者第二像素13)的像素彼此相鄰。在CXD圖像傳感器10中，如此布置的像素行18構(gòu)成用于對于被攝體成像的矩形成像表面20。注意，圖2圖示由例如以3X6被布置的18個像素集合16構(gòu)成的成像表面
20。實際上，如眾所周知地，成像表面20由多個像素集合16構(gòu)成。當像素行18在高度方向上被布置時，像素12和13以像素12和13在水平和垂直方向上彼此相鄰的單純正方形柵格圖案被布置。類似于像素以所謂的蜂窩圖案被布置的情形，微透鏡14在45度傾斜方向上彼此相鄰地布置并且濾色器15在45度傾斜方向上彼此相鄰地布置。這里，水平方向是矩形成像表面20的左右方向。垂直方向是成像表面20的上下方向。45度傾斜方向是相對于成像表面20的左右方向以45度傾斜的方向。相鄰像素行18在水平方向上相互移位了區(qū)域17的半間距，即一個像素。由此，微透鏡14在向上或者向下方向上延伸出區(qū)域17的部分與在相鄰像素行18中的面對彼此的兩個像素集合16的微透鏡14之間的空間重疊。濾色器15在向上或者向下方向上延伸出區(qū)域17的部分與在相鄰像素行18中的面對彼此的兩個像素集合16的濾色器15之間的空間重疊。由此，在CXD圖像傳感器10中，在水平和垂直方向上不帶任何間隙地布置像素12和13。在45度傾斜方向上不帶任何間隙地形成微透鏡14和濾色器15。像素集合16對于在像素12和13中的每一個上入射的光的入射角具有選擇性。更加具體地，從向右方向在微透鏡14上入射的光難以在相對于微透鏡14的光軸位于右側(cè)上的第一像素12上入射。從向左方向在微透鏡14上入射的光難以在相對于微透鏡14的光軸位于左側(cè)上的第二像素13上入射。因此，左眼圖像(L-視點圖像)在第一像素12上入射。右眼圖像(R-視點圖像)在第二像素13上入射。各個像素集合16使用一個微透鏡14。微透鏡14被如此部署，使得它的光軸相對于像素12的roii的中心在一個方向上并且相對于像素13的roii的中心在與該一個方向相反的另一個方向上移位。由此，像素12和13功能用作相差檢測像素。更加精確地，當微透鏡14的焦距基本與在微透鏡14和光屏蔽膜的開口之間的距離LI相同時，上述左右關(guān)系得以維持。光屏蔽膜的開口確定roil的光入射區(qū)域。注意，微透鏡14的焦距被設(shè)為距離LI以便將入射光會聚到開口中。當在諸如數(shù)字照相機的圖像記錄裝置中使用CXD圖像傳感器10時，左眼圖像和右眼圖像在左右方向上根據(jù)在CCD圖像傳感器10上形成被攝體圖像的拍攝透鏡的聚焦狀態(tài)相互移位。左眼圖像由來自成像表面20中的第一像素12的圖像信號構(gòu)成。右眼圖像由來自成像表面20中的第二像素13的圖像信號構(gòu)成。通過在由來自第一像素12的圖像信號構(gòu)成的圖像和由來自第二像素13的圖像信號構(gòu)成的圖像之間的移位量和方向的檢測而檢測拍攝透鏡的聚焦狀態(tài)。由此，CXD圖像傳感器10通過使用使用第一像素12產(chǎn)生的左眼圖像和使用第二像素13產(chǎn)生的右眼圖像而執(zhí)行相差AF。通過使用第一像素12和第二像素13，(XD圖像傳感器10還能夠獲得引起雙眼視差的一對圖像，即，所謂的單眼3D成像。(XD圖像傳感器10在η型半導體基板30之上形成。η型半導體基板30設(shè)置有垂直轉(zhuǎn)移路徑(VCXD) 31和元件隔離器32。垂直轉(zhuǎn)移路徑(VCXD) 31在垂直方向上轉(zhuǎn)移由PDll積聚的電荷。元件隔離器32將像素12和13相互隔離以便不在相鄰像素12和13之間轉(zhuǎn)移電荷。為roil的每一列設(shè)置VCXD31和元件隔離器32。VCXD31通過讀選通晶體管33而被連接到各個對應的roii。在roii中積聚的信號電荷通過讀選通晶體管33而被讀出到VCXD31。VCXD31在垂直方向(垂直于圖1中的紙面的方向)上將信號電荷轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移路徑(未示出)。元件隔離器32防止從roil讀出的信號電荷流入相鄰列的VCXD31中。在η型半導體基板30上形成P阱層35。PD11、VCXD31、元件隔離器32和讀選通晶體管33在P阱層35的表面層上形成。通過使用諸如CVD (化學氣相沉積)、PVD (濺射、物理氣相沉積)、摻雜、光刻或者蝕刻的眾所周知的技術(shù)在η型半導體基板30之上形成各個部而生產(chǎn)CXD圖像傳感器10。通過在P阱層35的表面層上形成η型層而構(gòu)成ΗΗ1。HHl根據(jù)在p_n結(jié)上入射的光產(chǎn)生電子-空穴對。電子在η型層中積聚。注意，可以在roil的η型層上形成P型層以防止暗電流和白斑。VCXD31由在ρ阱層35的表面層上形成的η型層構(gòu)成。在VCXD31之上設(shè)置轉(zhuǎn)移電極40。讀選通晶體管33由在ρ阱層35的表面層上形成的ρ型層構(gòu)成。在讀選通晶體管33之上設(shè)置轉(zhuǎn)移電極41。轉(zhuǎn)移電極40和41中的每一個例如由低電阻多晶硅制成。當通過向轉(zhuǎn)移電極41施加電壓而改變讀選通晶體管33的電勢時，在HHl中積聚的信號電荷被轉(zhuǎn)移到VCCD31。當電壓被施加到轉(zhuǎn)移電極40時，被轉(zhuǎn)移到VCCD31的信號電荷在垂直方向上被轉(zhuǎn)移。由此，在各個roil中被光電轉(zhuǎn)換和積聚的信號電荷從VCCD31轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移路徑。元件隔離器32被部署在roil和VCXD31之間。元件隔離器32由在ρ阱層35的表面層上形成的P+層構(gòu)成。元件隔離器32是帶有與構(gòu)成roil的η型層和構(gòu)成VCCD31的η型層相反的傳導類型的雜質(zhì)的、增加的濃度的勢壘。由此，元件隔離器32防止信號電荷流入與相鄰roil相對應的另一個VCXD31中。在其上形成轉(zhuǎn)移電極40和41的ρ阱層35之上設(shè)置光屏蔽膜42。光屏蔽膜42被形成為覆蓋全部VCXD31、元件隔離器32、和讀選通晶體管33。光屏蔽膜42設(shè)置有開口 42a，各個開口 42a暴露roil的光接收區(qū)域。由此，光屏蔽膜42防止光在除了 TOll之外的區(qū)域上入射。例如用鎢制成光屏蔽膜42。在光屏蔽膜42之上設(shè)置平面化層43。在平面化層43之上設(shè)置濾色器15和微透鏡14。平面化層43在由轉(zhuǎn)移電極40和41等引起的基板之上的凸起和凹陷之上填充以便產(chǎn)生在其上形成濾色器15的平坦表面。平面化層43由能夠應用回流處理的例如BPSG的光透射性材料制成。注意，可以在平面化層43中形成層內(nèi)透鏡(未示出)。層內(nèi)透鏡可以由例如氮化硅(SiN)的折射率高于平面化層43的折射率的材料制成。層內(nèi)透鏡可以是上凸的或者下凸的，或者在兩個方向上都是凸形的。濾色器15具有薄膜形狀并且在平面化層43之上形成。濾色器15由稱為彩色光阻劑的聚合物材料制成。微透鏡14由有機薄膜、氮化娃(SiN)等制成。為了形成微透鏡14,例如，在濾色器15之上形成SiN的材料膜，并且然后根據(jù)像素集合16的布置圖案在材料膜之上施加光阻劑。光阻劑通過熱處理熔化并且被形成為半球形形狀。光阻劑的形狀通過各向異性蝕刻而被轉(zhuǎn)印到材料膜。因此，微透鏡14得以形成。替代地，在濾色器15之上的有機膜可以通過熱處理熔化并且被形成為半球形形狀以形成微透鏡14。如在圖4中所示，濾色器15由各個透射紅色光的紅色濾色器15R、各個透射綠色光的綠色濾色器15G和各個透射藍色光的藍色濾色器15B構(gòu)成。三種顏色的濾色器(濾色器部)15R、15G和15B分別地被提供給像素集合16，使得在像素集合16中的兩個像素12和13具有相同的顏色。注意，在每一幅圖中，無陰影表示紅色顏色。打點陰影表示綠色顏色。傾斜陰影表示藍色顏色。三種顏色的濾色器15被分劃成第一濾色器集合50和第二濾色器集合52。第一濾色器集合50和第二濾色器集合52以棋盤式圖案被布置。第一濾色器集合50由兩個綠色濾色器15G和兩個紅色濾色器15R構(gòu)成。該兩個綠色濾色器15G在45度傾斜方向上相互接著地布置。該兩個紅色濾色器15R在45度傾斜方向上相互接著地并且鄰近于相應的兩個綠色濾色器15G地布置。第二濾色器集合52由其中紅色濾色器15R被藍色濾色器15B代替的第一濾色器集合50構(gòu)成。在三種顏色的濾色器15R、15G和15B的這個布置中，存在其中綠色濾色器15G在45度傾斜方向上被布置的行和其中成對的兩個紅色濾色器15R和成對的兩個藍色濾色器15B在45度傾斜方向上交替地被布置的行。這些行在與所述行垂直的方向上交替地布置。在垂直于所述行的方向上，紅色濾色器15R和藍色濾色器15B被交替地部署，其中綠色濾色器15G處于其間。濾色器15以與在固態(tài)成像裝置中以所謂的蜂窩圖案布置的那些相同的方式被布置。在蜂窩圖案中，像素在45度傾斜方向上被布置。在45度傾斜方向上相鄰的該一對像素之一具有高敏感性而另一個具有低敏感性。高和低敏感性像素的像素值被混合以獲得帶有寬動態(tài)范圍的圖像。根據(jù)這個實施例，與像素12和13相對應的微透鏡14的面積是傳統(tǒng)微透鏡的面積的兩倍。因此，與光屏蔽膜的開口移位的情形相比較，像素的敏感性得以改進。在該實施例中像素集合16的布置適合于獲得帶有寬動態(tài)范圍的圖像。例如，為了獲得用于相差方法的AF控制的圖像或者執(zhí)行單眼3D成像以獲得帶有雙眼視差的一對圖像，像素12和13之一被用作高敏感性像素而另一個被用作低敏感性像素，因為在像素集合16中的像素12和13具有相同的顏色。由此，圖像的動態(tài)范圍變寬。在以上實施例中，濾色器集合50和52以棋盤式圖案被布置。替代地，例如，如在圖5中所示，濾色器集合50可以在與布置相同顏色的濾色器15的方向垂直的方向上被布置。濾色器集合52可以在與布置相同顏色的濾色器15的方向垂直的方向上被布置。由此，濾色器集合50的行和濾色器集合52的行以條紋狀圖案交替地被布置。在此情形中，在垂直于在45度傾斜方向上布置的綠色濾色器15G的行的方向上，相同顏色的濾色器15、紅色濾色器15R或者藍色濾色器15B被相繼地布置，其中綠色濾色器15G處于其間。在以上實施例的結(jié)構(gòu)中，隨著roil更加靠近緊接著在微透鏡14的中心下面的區(qū)域,PDlI的敏感性增加。因此，如由圖6中的(XD圖像傳感器60的像素集合62示出地，可以更加靠近微透鏡14的中心地部署Η)64。在以上實施例中，微透鏡14具有半球形形狀。替代地，例如，如由圖7中的C⑶圖像傳感器70的像素集合72示出地，微透鏡74可以具有帶有凸形表面的正方形外形。為了形成微透鏡74，半球形透鏡被形成為正方形形狀以便具有允許像素集合72被并排地布置的尺寸。換言之，半球形透鏡被形成為正方形形狀使得微透鏡74的底部形狀具有帶有對角線2A的基本正方形形狀。由此，相對于半球形透鏡的面積，微透鏡74的面積被放大。相應地，像素12和13的敏感性得以改進。如在圖8中所示，像素集合75的微透鏡76可以具有半橢圓形形狀。微透鏡76的底部形狀是橢圓形的，其中長軸是2A并且短軸稍微比A更長。微透鏡76被如此部署，使得微透鏡76的光軸與區(qū)域17的中心一致。由此，在短軸方向上微透鏡76的頂點部分與在豎直地在上方或者在下方定位的一對相鄰微透鏡76之間的空間重疊。濾色器(濾色器部)77具有與微透鏡76的橢圓形底部外接的六邊形形狀。即使當微透鏡76具有半橢圓形形狀時也在成像表面中不帶任何間隙地布置濾色器77。在垂直方向上彼此相鄰的各個微透鏡76上的最靠近的相鄰點P1、P2、P3和P4的坐標如下:P1= (A/2，A/2) ；P2= (A/2, -A/2) ；P3= (-A/2，A/2) ；P4= (-A/2，-A/2);其中 A表示像素的一邊的長度，并且區(qū)域17的中心PO為原點。該四個點Pl到P4還是在微透鏡76和濾色器77之間的接觸點。注意，在圖8中，每一個微透鏡76具有帶有尖形頂點部分的六邊形形狀。在實際制造中，每一個頂點(邊緣)部分是相當圓化的，使得微透鏡76具有圓化六邊形形狀。當使用半球形微透鏡14和矩形濾色器15時，在濾色器15的四個角部部分中延伸出微透鏡14的外形的空白部分的面積是相對大的。傾斜地在空白部分上入射的光可以引起顏色混合。另一方面，當使用微透鏡76和濾色器77時，濾色器77被形成為更加幾乎圓形的六邊形形狀。由此，與在使用微透鏡14和濾色器15的配置中的那些相比較，減小了濾色器77的空白部分的面積。結(jié)果，防止了顏色混合。半橢圓形微透鏡76與像素12和13重疊的區(qū)域大于半球形微透鏡14與像素12和13重疊的區(qū)域。因此，如在圖8中所示，即便在HHl之上的光屏蔽膜的開口區(qū)域Ila被形成為傳統(tǒng)矩形形狀，開口區(qū)域Ila也不延伸出微透鏡76。結(jié)果，防止了減小像素12和13的敏感性。當微透鏡76和濾色器77中的每一個從一邊到另一邊是長的并且在短軸和長軸之間的比率類似于像素集合75的高度和寬度比率是1:2時，在開口區(qū)域Ila的端部和微透鏡76的端部之間的最大距離縮短。由此，被微透鏡76折射的光以小的折射角在開口區(qū)域Ila上入射。在敏感性方面，這是有利的。因此，從一邊到另一邊是長的微透鏡76和從一邊到另一邊是長的濾色器77極其適合于用于單眼3D成像或者用于獲得相差信號的像素結(jié)構(gòu)。從一邊到另一邊是長的微透鏡76具有比半球形微透鏡更高的、將光收集到roii中的效率。在圖2到7所示實施例中，像素12和13以單純正方形柵格圖案被布置，并且微透鏡14和濾色器15以蜂窩圖案被布置。替代地，可以如圖9所示地配置CXD圖像傳感器80。CXD圖像傳感器80設(shè)置有像素集合85。像素集合85由兩個像素即第一和第二像素81和82、微透鏡83和濾色器84構(gòu)成。像素81和82中的每一個具有被旋轉(zhuǎn)45度的正方形形狀。像素81和82在45度傾斜方向上并排地被布置。微透鏡83類似于以上實施例的微透鏡14。濾色器84具有正方形形狀，并且被如此布置，使得濾色器84的中心與微透鏡83的光軸一致。在CXD圖像傳感器80中，具有相鄰像素81和82的區(qū)域86的縱向方向與45度傾斜方向平行。像素行87由在縱向方向上布置的像素集合85構(gòu)成。在CCD圖像傳感器80中，像素行87在區(qū)域86的寬度方向上被布置。相鄰像素行87在縱向方向上相互移位了區(qū)域86的一半以防止相同類型的像素(第一像素81或者第二像素82)在相鄰像素行87中彼此相鄰。因此，矩形成像表面88得以配置。在CXD圖像傳感器80中，像素集合85被布置成配置成像表面88。像素81和82在45度傾斜方向上被布置。微透鏡83和濾色器84以單純正方形柵格圖案被布置。這種配置還以類似于以上實施例的方式改進了是相差檢測像素的像素81和82的敏感性。注意，CXD圖像傳感器80的配置可以被視為被旋轉(zhuǎn)大致45度的CXD圖像傳感器10的配置。如在圖10中所示，在CXD圖像傳感器80中，優(yōu)選的是，以所謂的Bayer圖案布置紅色、綠色和藍色濾色器(濾色器部)84R、84G和84B。在Bayer圖案中，濾色器84R、84G和84B在像素集合85中以2X2柵格的四個濾色器為單位被布置。在該四個濾色器中的兩個傾斜地布置的濾色器是綠色濾色器84G，并且兩個其余的濾色器之一是紅色濾色器84R，并且另一個是藍色濾色器84B。在CXD圖像傳感器80中，當光不從基本向右和向左方向而是從傾斜方向入射時，PDll具有最大敏感性。更加具體地，在對于微透鏡83的光軸在左上傾斜方向上定位的第一像素81中，對于從右下傾斜方向入射的光的敏感性達到最大值。在相對于微透鏡83的光軸在右下傾斜方向上定位的第二像素82中，對于從左上傾斜方向入射的光的敏感性達到最大值。因此，與像素以單純正方形柵格圖案被布置的情形相比較，可以減小產(chǎn)生視差圖像所必需的、對于來自向右和向左方向的光的敏感性。
如由圖11中的C⑶圖像傳感器90的像素集合92示出地，第一像素81的TO93可以在向下方向上移位，并且第二像素82的TO94可以在向上方向上移位。當?shù)谝幌袼?1的PD93和第二像素82的TO94移位成使得TO93和94的中心更加靠近微透鏡83和濾色器84在左右方向上的中心線CL時，PD93和94對其最敏感的入射光的入射角的方向被移位到向右和向左方向。因此，增加了產(chǎn)生視差圖像所必需的、對于來自向右和向左方向的光的敏感性。當TO93和94如上所述地移位時，PD93和94中的每一個全部變得更加靠近微透鏡83的光軸。結(jié)果，不僅對于來自向右和向左方向的光的敏感性，而且像素81和82的總體敏感性也增加。注意，PD93和94中的每一個可以在任何方向上移位，只要Η)93和94中的每一個的中心變得更加靠近中心線CL。在像素81和82在45度傾斜方向上被布置，并且第一像素81相對于微透鏡83的光軸在左上傾斜方向上定位，并且第二像素82相對于微透鏡83的光軸在右下傾斜方向上定位的情形中，當?shù)谝幌袼?1的TO93向下移位并且第二像素82的TO94向上移位時，PD93和94中的每一個的中心變得最靠近中心線CL。因此，如上所述在上下方向上移位Η)93和94是適合的。注意，當TO93和94中的每一個移位時，PD93和94中的每一個關(guān)于區(qū)域86在縱向方向上的中心是旋轉(zhuǎn)對稱的。在以上實施例中，每一個I3Dll例如是線對稱的。即便TO93和94中的每一個是旋轉(zhuǎn)對稱的，像素81和82也作為相差檢測像素正確地發(fā)揮功能。在以上實施例中，像素12和13中的每一個具有正方形形狀。該兩個像素12和13在半導體基板之上被部署在高度和寬度比率為大致1:2的矩形區(qū)域17中。在像素集合16中的像素的數(shù)目不限于二。例如，如由圖12中的像素集合100示出地，可以在區(qū)域17的縱向方向上布置具有相同矩形形狀的三個像素，即第一像素101、第二像素102和第三像素103。像素101、102和103設(shè)置有具有相同矩形形狀的相應的H)104。PD104的中心分別地與像素101到103的中心一致。因此，每一個HH04關(guān)于區(qū)域17在縱向方向上的中心是線對稱的。在中間的第二像素102的PD104的中心與微透鏡14的光軸一致。通過使用具有三個像素，即第一到第三像素101到103的像素集合100，從相應的像素101到103獲得了三條相差數(shù)據(jù)。獲得的相差數(shù)據(jù)越多，相差AF的檢測準確度變得越高。如由圖13中的像素集合110示出地，可以在區(qū)域17的縱向方向上布置具有相同矩形形狀的四個像素，即第一到第四像素111、112、113和114。像素111、112、113和114設(shè)置有具有基本相同的矩形形狀的相應的roil5。PD115的中心分別地與像素111、112、113和114的中心一致。因此，每一個HH15關(guān)于區(qū)域17在縱向方向上的中心是線對稱的。通過使用像素集合110，從相應的像素111到114獲得了四條相差數(shù)據(jù)。這進一步改進了相差AF的檢測準確度。在圖14所示的像素集合120中，在區(qū)域17的縱向方向上布置具有相同矩形形狀的五個像素，即第一到第五像素121、122、123、124和125。除了像素集合120包含五個像素之外，像素集合120與圖13所示包含四個像素的像素集合相同，從而省略其詳細說明。圖15所示像素集合130設(shè)置有五個像素131到135。第一像素131被部署在中間。第二像素132和第三像素133在第一像素131的右側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中。第四像素134和第五像素135在第一像素131的左側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中。第一像素131具有基本矩形形狀，并且被如此布置，使得第一像素131的中心基本與區(qū)域17的中心一致。區(qū)域17的第一像素131的右側(cè)部在上下方向上被劃分成兩個部分以形成第二像素132和第三像素133。以類似的方式，區(qū)域17的第一像素131的左側(cè)部在上下方向上被劃分成兩個部分以形成第四像素134和第五像素135。矩形HH36被設(shè)置在第一像素131中。PD136被如此布置，使得HH36的中心與第一像素131的中心和微透鏡14的光軸一致。第二到第五像素132到135設(shè)置有具有相同矩形形狀的相應的H)137。PD137被布置成分別地與像素132到135的中心一致。注意，在像素集合130中的像素131到135的形狀可以并不一定相同。在像素集合130中的TO136和137的形狀可以并不一定相同。像素131到135與TO136和137中的每一個需要關(guān)于區(qū)域17在縱向方向上的中心是線對稱的或者旋轉(zhuǎn)對稱的。由微透鏡14收集的光的數(shù)量在光軸周圍最高。因此，ro與微透鏡14的光軸交叉的、像素集合100、120和130中的每一個的敏感性高于ro不與微透鏡14的光軸交叉的、像素集合16和110中的每一個的敏感性。在每一個以上實施例中，使用了 CXD圖像傳感器。替代地，本發(fā)明適用于另一種類型的固態(tài)成像裝置，諸如CMOS圖像傳感器。特別地，在背光照明式CMOS圖像傳感器中，各個開口的區(qū)域能夠被放大。能夠增加在微透鏡14和像素12和13中的各個的HHl之間的距離和在濾色器15和像素12和13中的各個的roil之間的距離，以便增加圖像相對于焦點的移位量或者在防止敏感性降低時縮窄視差角度。因此，本發(fā)明適合于優(yōu)化相差特性。在正常的CMOS圖像傳感器中，在微透鏡下面形成金屬布線層。在布線層下面形成PD。另一方面，在背光照明式CMOS圖像傳感器中，在微透鏡下面形成ro。在ro下面形成布線層。換言之，在背光照明式CMOS圖像傳感器中，以與在正常CMOS圖像傳感器中的那些相反的次序布置布線層和H)。每一個帶有類似CXD圖像傳感器10地以單純正方形柵格圖案被布置的像素(像素指的是在濾色器下面的部分)的固態(tài)成像裝置的制造商的數(shù)目比每一個帶有類似CCD圖像傳感器80地在45度傾斜方向上被布置的像素的固態(tài)成像裝置的制造商更多。相應地，單純正方形柵格圖案類型固態(tài)成像裝置的生產(chǎn)量比45度傾斜方向類型固態(tài)成像裝置的多得多。因此，單純正方形柵格圖案類型固態(tài)成像裝置在技術(shù)和知識積累和制造設(shè)施的充分性方面是優(yōu)良的。在本說明書中，描述了以單純正方形柵格圖案布置的像素的配置和在45度傾斜方向上布置的像素的配置。鑒于相差AF和3D技術(shù)的發(fā)展和擴展，具有單純正方形柵格圖案的像素的配置是優(yōu)良的。通過將roii物理地相互分離或者通過相互分開地部署光屏蔽膜的開口，在像素集合中的光入射區(qū)域被相互分離。替代地，如在圖16中所示，可以在與光瞳透鏡140的位置相對應的位置處采用屏蔽板(擋板)142以分離光入射區(qū)域。如在圖17中所示，屏蔽板142具有帶有比光瞳透鏡140的直徑更長的長側(cè)和比光瞳透鏡140的直徑更短的短側(cè)的矩形形狀。移動機構(gòu)(未示出)在光屏蔽位置(由圖16中的實線示出的位置)和縮退位置(由圖16中的雙點鏈線示出的位置)之間移動屏蔽板142。在光屏蔽位置中，屏蔽板142阻擋經(jīng)過光瞳透鏡140的中部的光。在縮退位置中，屏蔽板142從光瞳透鏡140縮退。
優(yōu)選地，在背光照明式固態(tài)成像裝置144中使用光瞳透鏡140和屏蔽板142。如在圖18中所示，在背光照明式固態(tài)成像裝置144的像素集合150中，在第一像素151的H)151a和第二像素152的H)152a之間光屏蔽膜是不必要的?；旧险麄€像素集合150是敏感的。如在圖19中所示，當屏蔽板142處于縮退位置中時，經(jīng)過光瞳透鏡140的左部分的光在像素集合150的第一像素151上入射。經(jīng)過光瞳透鏡140的右部分的光在像素集合150的第二像素152上入射。經(jīng)過光瞳透鏡140的中部的光在像素集合150的像素151和152這兩者上入射。當屏蔽板142處于光屏蔽位置中時，經(jīng)過光瞳透鏡140的中部的光被屏蔽板142阻斷。因此，僅僅經(jīng)過光瞳透鏡140的左部分的光在第一像素151上入射。僅僅經(jīng)過光瞳透鏡140的右部分的光在第二像素152上入射。因此，通過在縮退位置中放置屏蔽板142并且將像素集合150的像素151和152的像素值相加到一起而執(zhí)行2D成像。通過在光屏蔽位置中放置屏蔽板142并且從第一像素151獲得圖像和從第二像素152獲得圖像而執(zhí)行3D成像。通過改變屏蔽板142的短側(cè)的長度來調(diào)節(jié)是在3D成像中的重要指標的視差角度(基礎(chǔ)長度)。如上所述，通過背光照明式固態(tài)成像裝置144和屏蔽板142的組合使用，經(jīng)過光瞳透鏡140的中部的光被阻斷或者透射。由此，單眼3D功能被切換為2D功能并且反之亦然。10，60，70，80，90CCD 圖像傳感器11,64PD12，81 第一像素13，82 第二像素14，74，83 微透鏡15，84 濾色器16，62，72，85，92 像素集合18，87 像素行20，88成像表面50第一濾色器集合52第二濾色器集合。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括: 像素集合，各個像素集合具有N (N是大于或者等于二的整數(shù))個像素和微透鏡，各個像素具有用于根據(jù)入射光積聚電荷的光電轉(zhuǎn)換器，所述微透鏡將光會聚到所述各個像素中，所述各個像素被布置在具有大致1:2的高度和寬度比率的矩形區(qū)域中，使得所述各個光電轉(zhuǎn)換器關(guān)于所述矩形區(qū)域在寬度方向上的中心是線對稱的或者旋轉(zhuǎn)對稱的，所述微透鏡被如此部署，使得所述微透鏡的光軸基本與所述矩形區(qū)域的所述中心一致，所述微透鏡大于所述矩形區(qū)域在高度方向上的長度并且小于或者等于所述矩形區(qū)域在所述寬度方向上的長度； 像素行，各個像素行由在所述寬度方向上布置的所述像素集合構(gòu)成；和 成像表面，在所述成像表面中在所述高度方向上布置所述像素行，相鄰像素行在所述寬度方向上相互移位了所述矩形區(qū)域的一半，所述微透鏡延伸出所述矩形區(qū)域的部分與在相鄰像素行中的兩個相鄰像素集合的兩個微透鏡之間的空間重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述像素行在所述成像表面的水平方向上延伸，并且所述微透鏡在45度傾斜方向上被布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中各個像素集合具有濾色器，并且所述濾色器以類似于所述微透鏡的方式在所述成像表面中在所述45度傾斜方向上彼此相鄰地被布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述濾色器包括用于透射紅色光的紅色濾色器、用于透射綠色光的綠色濾色器和用于透射藍色光的藍色濾色器，并且三種顏色的濾色器被分類成第一濾色器集合和第二濾色器集合，并且各個所述第一濾色器集合由在所述45度傾斜方向上彼此相鄰地布置的兩個綠色濾色器和在所述45度傾斜方向上彼此相鄰并且鄰近于相應的綠色濾色器地布置的兩個紅色濾色器構(gòu)成，并且各個所述第二濾色器集合由利用所述藍色濾色器代替所述紅色濾色器的第一濾色器集合構(gòu)成，并且所述第一濾色器集合和第二濾色器集合在所述成像表面中以棋盤式圖案被布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中所述濾色器具有旋轉(zhuǎn)了大致45度的正方形形狀，并且所述正方形形狀的對角線大致等同于所述矩形區(qū)域在所述寬度方向上的長度，并且所述濾色器的中心與所述微透鏡的所述光軸一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中N為二，并且各個像素具有正方形形狀，并且所述像素在所述成像表面中以單純正方形柵格圖案在所述水平和垂直方向上彼此相鄰地被布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述像素行在所述成像表面的45度傾斜方向上延伸，并且所述微透鏡在水平和垂直方向上彼此相鄰地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中N為二，并且每一個具有正方形形狀的兩個像素在所述45度傾斜方向上彼此相鄰地被布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中在所述像素集合中的所述各個像素的所述光電轉(zhuǎn)換器或者所述各個像素的光屏蔽膜的開口靠近所述微透鏡的中心地移位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中N為3到5，并且所述像素行在所述矩形區(qū)域的所述寬度方向上延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述N個像素是第一像素到第五像素，并且所述第一像素被部署在所述矩形區(qū)域的中間，并且所述第二像素和第三像素在所述第一像素的右側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中，并且所述第四像素和第五像素在所述第一像素的左側(cè)上被布置在頂部和底部兩行中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述微透鏡具有直徑為V2A的基本半球形形狀，其中，所述矩形區(qū)域在所述高度方向上的長度為A。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述微透鏡具有帶有基本正方形外形的凸形表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述微透鏡具有其長軸的長度基本等于所述像素集合在所述寬度方向上的長度的半橢圓形形狀，并且所述微透鏡的光軸基本與所述矩形區(qū)域的所述中 心一致。
全文摘要
相差檢測像素的敏感性得以改進。CCD圖像傳感器(10)設(shè)置有由兩個像素，即第一像素(12)和第二像素(13)和微透鏡(14)構(gòu)成的像素集合(16)。像素(12)和(13)在水平方向上并排地布置。微透鏡(14)具有半球形形狀。微透鏡(14)具有大于矩形區(qū)域(17)在著高度方向上的長度的直徑，矩形區(qū)域(17)是第一和第二像素(12)和(13)的外形并且具有大致12的高度和寬度比率。像素集合(16)在矩形區(qū)域(17)的寬度方向上被布置以構(gòu)成像素行(18)。在CCD圖像傳感器(10)中，像素行(18)在矩形區(qū)域(17)的高度方向上被布置，其中相鄰像素行(18)在寬度方向上相互移位了矩形區(qū)域(17)的半間距。
文檔編號H04N5/232GK103081457SQ20118004080
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者沖川滿 申請人:富士膠片株式會社