CN102483510B - 固态成像装置 - Google Patents

固态成像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102483510B
CN102483510B CN201080009635.8A CN201080009635A CN102483510B CN 102483510 B CN102483510 B CN 102483510B CN 201080009635 A CN201080009635 A CN 201080009635A CN 102483510 B CN102483510 B CN 102483510B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
lenticule
phase difference
difference detection
imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201080009635.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102483510A (zh
Inventor
粟津亘平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Publication of CN102483510A publication Critical patent/CN102483510A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102483510B publication Critical patent/CN102483510B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14806—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14831—Area CCD imagers
    • H01L27/14843—Interline transfer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Focusing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种CCD图像传感器，其为固态成像装置，该图像传感器具有以预定图案排列的第一像素至第四像素的四种像素。每个像素具有每个PD和每个微透镜。第一像素和第四像素为成像专用像素。第四像素与第二像素和第三像素相邻设置，第二像素和第三像素是用于相差检测的像素，第四像素的微透镜被形成为小于第一像素的微透镜。从而，由于要从微透镜入射在PD上的光量对应于从微透镜之间的缝隙入射的光被降低，所以具有近似均匀量的光入射在每个PD上。

Description

固态成像装置
技术领域
本发明涉及固态成像装置，该装置包括多个成像专用像素和多个相差检测像素，并且该装置根据从相差检测像素获得的图像执行相差方法的自动对焦。
背景技术
数字照相机变得普遍，其包括诸如CCD图像传感器或CMOS图像传感器之类的固态成像装置并且产生数字图像。大多数数字照相机包括自动对焦(AF)功能以自动地调节成像透镜的焦距，并且作为AF功能，广泛地采用对比检测法。由于不需要额外提供用于测量到对象的距离的专用传感器或用于AF的固态成像装置，所以对比检测法具有能够以相对较低的成本来实现AF功能的优点。
然而，由于需要移动聚焦透镜以获得多个对比评价值，对比检测法与其他方法相比具有用于对焦的时间较长的问题。
为了解决这个问题，在日本专利公开No.2004-361611中，在固态成像装置的成像表面上形成凸起部分和凹陷部分，并且在凸起部分和凹陷部分的每一个上提供用于AF的光电转换元件。在此配置中，由于可以通过对凸起部分上的用于AF的光电转换元件的对比评价值和凹陷部分上的该对比评价值进行比较而从一次图像捕获来判断向前移动焦点还是向后移动焦点，所以聚焦透镜的移动范围(搜索范围)变得较窄，并且AF处理变得速度较快。
然而，在日本专利公开No.2004-361611的配置中，尽管移动范围能够变得较窄，但由于聚焦透镜必须在该移动范围内移动，所以AF处理的加速有限。对于数字照相机来说，功能的改进和低价方针正在前进，所以希望能够在不增加成本的情况下更快地执行AF处理。
为了满足这种需求，在日本专利No.2959142等当中提出了能够通过一次图像捕获来执行焦距检测的针对相差AF的固态成像装置。针对相差AF的固态成像装置包括多个第一像素和多个第二像素，在第一像素中布置微透镜，使得该微透镜的光轴从光电二极管(PD)的光接收表面的中心位置偏移，在第二像素中布置微透镜，使得该微透镜的光轴从PD的光接收表面的中心位置在与第一像素相反的方向中偏移相同的距离。
在针对相差AF的固态成像装置中，依赖于微透镜的偏移方向，第一像素和第二像素对于每个入射光的角度具有选择性。当针对相差AF的固态成像装置应用于诸如数字照相机之类的成像设备时，依赖于数字照相机的成像透镜的聚焦状态，在由每个第一像素构成的图像与由每个第二像素构成的图像之间产生位移(相差)。每个图像的位移方向和位移量对应于成像透镜的焦距的位移方向和位移量。当成像透镜成为焦点对准时每个图像都一致，并且当焦距偏移较大时位移量变得较大。因此，在针对相差AF的固态成像装置中，可以通过检测由每个第一像素构成的图像和由每个第二像素构成的图像的位移量和位移方向来计算成像透镜的焦距调节量。
因此，当使用针对相差AF的固态成像装置时，由于不需要移动聚焦透镜，所以能够以比对比检测方法更快的速度来执行AF。另外，类似于对比检测方法，由于不需要提供专用传感器、用于AF的固态成像装置等，所以没有增加成本。
在第一像素和第二像素中，由于需要将微透镜的光轴从PD的光接收表面的中心位置偏移，所以微透镜需要为较小，并且随着微透镜变得较小，在图像捕获时的光接收灵敏度变得比正常像素更低。因此，在针对相差AF的固态成像装置中，除了由第一像素和第二像素构成的相差检测像素以外，还提供由正常像素构成的成像专用像素，由相差检测像素来执行相差AF，并且利用成像专用像素来执行对象的图像捕获。
然而，当成像表面由相差检测像素和成像专用像素的排列构成时有一个问题，即，在与相差检测像素相邻的位置处成像专用像素的光接收量变大。由于相差检测像素的微透镜较小，所以在相差检测像素与成像专用像素彼此邻接的位置处，与各成像专用像素彼此邻接的位置处相比，微透镜之间的缝隙变得较大。因为成像专用像素接收了从该缝隙入射的光，所以导致了与相差检测像素相邻的成像专用像素的光接收量的增加。
如上所述的成像专用像素的光接收量的增加在所捕获的图像上呈现为噪音。为了抑制该噪音，在形成捕获的图像时，可以对与相差检测像素相邻的成像专用像素的光接收量的增加进行校正。然而，在执行校正处理时，会需要额外的时间用于成像。因此，希望针对相差AF的固态成像装置被构成为使得匀量的光入射在每个成像专用像素的PD上。
发明内容
考虑到上述问题完成了本发明，并且本发明旨在提供一种针对相差AF的固态成像装置，其中成像表面由相差检测像素和成像专用像素的排列构成，并且匀量的光入射在每个成像专用像素的PD上是可能的。
为了实现上述目的，本发明特征在于包括多个相差检测像素和多个成像专用像素，相差检测像素具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜，成像专用像素具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得其光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的微透镜被形成为小于其他微透镜。
更优选地，多个成像专用像素具有至少三种大小的微透镜，并且随着微透镜的位置变得与相差检测像素更加接近，微透镜的大小逐渐变得更小。
优选地，通过将相差检测像素的微透镜的一部分设置在通过使相邻的成像专用像素的微透镜更小而形成的未用空间中，来尽可能大地形成相差检测像素的微透镜。
另外，本发明可以具有这样的构造，其包括多个相差检测像素和多个成像专用像素，相差检测像素具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜，成像专用像素具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得其光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的微透镜的从光电转换元件开始的高度比相差检测像素的微透镜的高度更低。
优选地，在形成每个微透镜的透镜形成表面上，在对应于围绕相差检测像素排列的成像专用像素的位置处形成凹陷部分，并且通过在该凹陷部分的内部底表面上形成微透镜，使得围绕相差检测像素排列的微透镜的从光电转换元件开始的高度变得比相差检测像素的微透镜的高度更低。
更优选地，通过在透镜形成表面内形成不同深度的多个凹陷部分，随着成像专用像素的微透镜的位置变得与相差检测像素更加接近，成像专用像素的微透镜的高度逐渐变得更低。
优选地，将相差检测像素的一部分设置到通过使相邻的成像专用像素的微透镜的高度更低而形成的空间中。
优选地，在形成每个微透镜的透镜形成表面上，在对应于相差检测像素的位置处形成凸起部分，并且通过在该凸起部分上形成微透镜，使得相差检测像素的微透镜的高度变得比成像专用像素的微透镜的高度更高。
另外，本发明可以具有这样的构造，其包括多个成像专用像素和多个相差检测像素，成像专用像素具有布置的微透镜，使得该微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，相差检测像素具有比成像专用像素的微透镜更小的微透镜，并且对相差检测像素的微透镜进行布置，使得其光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移，其中相差检测像素的微透镜具有底部部分朝向与成像专用像素相邻的边界部分延伸的非球形形状。
另外，本发明可以具有这样的构造，其包括多个相差检测像素和多个成像专用像素，相差检测像素具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜，成像专用像素具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得其光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中使得围绕相差检测像素排列的光电转换元件在半导体衬底上的高度比相差检测像素的光电转换元件的高度更低。
优选地，在半导体衬底的表面上，在对应于围绕相差检测像素排列的成像专用像素的位置处形成凹陷部分，并且通过在该凹陷部分的内部底表面上形成光电转换元件，使得围绕相差检测像素排列的光电转换元件的高度变得比相差检测像素的光电转换元件的高度更低。
优选地，在半导体衬底的表面上，在对应于相差检测像素的位置处形成凸起部分，并且通过在该凸起部分上形成光电转换元件，使得相差检测像素的光电转换元件的高度变得比成像专用像素的光电转换元件的高度更高。
优选地，凸起部分具有形成为指向相差检测像素的微透镜的斜面，并且相差检测像素的光电转换元件形成在该斜面上。
优选地，成像专用像素和相差检测像素具有在微透镜之下的内部透镜，并且每个内部透镜的形状根据到光电转换元件的距离而改变，使得焦距与光电转换元件匹配。
另外，本发明可以具有这样的构造，其包括多个相差检测像素和多个成像专用像素，相差检测像素具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜，成像专用像素具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得其光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的光电转换元件被倾斜，使得光接收表面指向与相差检测像素相反的方向。
根据本发明，围绕相差检测像素排列的成像专用像素的微透镜形成为小于其他成像专用像素的微透镜。以此方式，在围绕相差检测像素的成像专用像素中，从微透镜入射到光电转换元件上的光量变得较低。因此，由于调节了微透镜的大小，使得根据要从成像专用像素的微透镜与相差检测像素的微透镜之间的缝隙入射的光量降低了来自微透镜的光量，所以近似均匀的光量的光可以入射在每个成像专用像素的光电转换元件上。
附图说明
图1是示意性示出了CCD图像传感器的构造的示例性示图。
图2是示出了像素组的构造的示例性示图。
图3是示意性示出了每个像素的构造的部分截面图。
图4是示出了示例的说明性示图，其中围绕相差检测像素的成像专用像素的微透镜的大小变得逐渐减小。
图5是示出了示例的说明性示图，其中在将邻近的相差专用像素的微透镜制得更小之后，将相差检测像素的微透镜制得尽可能大。
图6是示出了当与相差检测像素相邻的成像专用像素的微透镜的高度被减低时的像素组的构造的说明性示图。
图7是示出了当与相差检测像素相邻的成像专用像素的微透镜的高度被减低时的每个像素的构造的部分截面图。
图8是示出了示例的部分截面图，其中围绕相差检测像素排列的成像专用像素的微透镜的高度逐渐被降低。
图9是示出了当已经降低了邻近的成像专用像素的微透镜之后将相差检测像素微透镜制得尽可能大时的像素组的构造的说明性示图。
图10是示出了当已经降低了邻近的成像专用像素的微透镜之后将相差检测像素微透镜制得尽可能大时的每个像素的构造的部分截面图。
图11是示出了示例的部分截面图，其中将相差检测像素的微透镜的高度制得更高。
图12是示出了当相差检测像素的微透镜被制成非球形形状时的像素组的构造的说明性示图。
图13是示出了当相差检测像素的微透镜被制成非球形形状时的每个像素的构造的部分截面图。
图14是示出了示例的部分截面图，其中与相差检测像素相邻的成像专用像素的PD的高度被降低。
图15是示出了当与相差检测像素相邻的成像专用像素的PD的高度被降低时的生产程序的说明性示图。
图16是示出了示例的部分截面图，其中相差检测像素的PD的高度被制得更高。
图17是示出了当相差检测像素的PD的高度被制得更高时的生产程序的说明性示图。
图18是示出了示例的部分截面图，其中为每个像素制造内部透镜。
图19是示出了示例的部分截面图，其中与相差检测像素相邻的成像专用像素的PD被倾斜。
图20是示出了当与相差检测像素相邻的成像专用像素的PD被倾斜时的生产程序的说明性示图。
图21是示出了示例的部分截面图，其中相差检测像素的PD被倾斜。
图22是示出了当相差检测像素的PD被倾斜时的生产程序的说明性示图。
具体实施方式
[第一实施例]
在图1中，CCD图像传感器(固态成像装置)10包括多个像素11、多个垂直传递路径(VCCD)12、水平传递路径(HCCD)13和浮置扩散放大器(FDA)14。像素11以预定间距排列在垂直方向和水平方向并且根据入射光累积电荷。VCCD 12将每个像素11累积的电荷传递至垂直方向。HCCD 13连接至每个VCCD 12的末端，并且将从每个VCCD 12传递的电荷在水平方向中传递。FDA 14将从HCCD 13传递的电荷转换成电压信号(图像信号)并且输出该电压信号。在相邻的像素11之间有装置隔离区15，该装置隔离区15使得每个像素11电分离，从而没有传递电荷。
像素11具有这样的排列，其中将四方晶格依着水平方向和垂直方向旋转45度(所谓的蜂房排列)。VCCD 12和装置隔离区15蜿蜒成锯齿状的形状以遵循各像素11之间的区域。
VCCD 12通过读出门16连接至像素11。累积至像素11的电荷通过读出门16被读出至VCCD 12。由四相传递电极(未示出)对VCCD12进行控制，并且VCCD 12将从垂直方向中的每个像素11读取的电荷传递向前至HCCD 13。另外，VCCD 12由像素11的两条线中的一条提供，并且VCCD 12构成为读取来自在该VCCD 12左侧和右侧处提供的像素11的电荷。
在图2中，CCD图像传感器10具有四种像素11，其为第一像素11a、第二像素11b、第三像素11c和第四像素11d。四种像素11a至11d中的每一种都按照预定图案排列并构成像素组18。像素组18为由10个第一像素11a、1个第二像素11b、1个第三像素11c和4个第四像素11d以4×4的矩形栅格构成16个像素的排列。CCD图像传感器10通过连续排列多个像素组18形成成像表面。在图1和图2中，出于方便的目的仅示出了一个像素组18，但实际上，多个像素组18彼此邻接排列。
第一像素11a包括光电二极管(PD)20a和微透镜21a，PD 20a是将入射光转换成电荷并对其累积的光电转换元件，微透镜21a将光聚集至PD 20a中。类似地，第二至第四像素11b、11c和11d分别包括PD 20b、PD 20c和PD 20d以及微透镜21b、微透镜21c和微透镜21d。每个PD 20a至20d都形成在半导体衬底上，具有近似相同的形状和构造。每个微透镜12a至微透镜21d都形成为近似半球的形状。
第一像素11a是在显示直通图像时和在执行图像捕获中图像形成时使用的像素。形成第一像素11a的微透镜21a，使得其光轴与PD20a的光接收表面的中心一致，并且具有相对于第一像素11a的矩形区域的近似最大的直径。
第二像素11b和第三像素11c用于相差法自动对焦，并且也用于图像形成。像素组18被提供有第二像素11b和第三像素11c各一个，并且它们被布置为彼此邻接。第二像素11b的微透镜21b形成为具有与第一像素11a的微透镜21a相比近似一半的大小，并且设置其光轴以相对于PD 20b的光接收表面的中心向左偏移预定长度。
第三像素11c的微透镜21c形成为具有与第二像素11b的微透镜21b近似相同的大小，并且设置其光轴以在与微透镜21b相反的方向(向右)偏移相同的长度。
根据上述构造，第二像素11b和第三像素11c对于入射光的角度具有选择性。具体地，在第二像素11b中，由于微透镜21b向左偏移，所以来自右侧的光没有入射在PD 20b上，而来自左侧的光入射在PD 20b上。另一方面，在第三像素11c中，由于微透镜21c向右偏移，所以来自左侧的光没有入射在PD 20c上，而来自右侧的光入射在PD 20c上。
当CCD图像传感器10用于诸如数字照相机之类的成像装置时，根据将对象图像聚焦在CCD图像传感器10上的成像透镜的聚焦状态，在由提供在成像表面上的第二像素11b的图像信号组成的图像与由第三像素11c的图像信号组成的图像之间在左右方向上产生差异(相差)。通过检测图像的位移量和差异方向，可以确定成像透镜的焦距调节量。在日本专利No.2959142等当中详细解释了相差法自动对焦。
第四像素11d是与第一像素11a类似仅用于图像形成的像素。布置第四像素11d的微透镜21d，使得其光轴与PD 20d的光接收表面的中心一致。第四像素11d的微透镜21d形成为具有被调节的直径，使得面积(π乘以直径的值)成为比第一像素11a的微透镜21a小近似5％。第四像素11d的微透镜21d的直径略微小于第一像素11a的微透镜21a的直径，并且大于第二像素11b的微透镜21b和第三像素11c的微透镜21c的直径。将第四像素11d布置与第二像素11b或第三像素11c相邻。然而，在每个第二像素和第三像素所具有的四个边中，将第四像素11d布置来与每个微透镜21b、21c的位移方向相对的边相邻。具体地，由于微透镜21b向左偏移以与第二像素11b的左侧上的两个边邻接，所以布置第四像素11d以与第二像素11b的右侧上的两个边邻接。另一方面，由于微透镜21c向右偏移以与第三像素11c的右侧上的两个边邻接，所以布置第四像素11d以与第三像素11c的左侧上的两个边邻接。
当CCD图像传感器10用于成像设备以形成图像时，使用来自每个像素11a至11d的所有图像信号。来自第二像素11b的图像信号和来自第三像素11c的图像信号的信号电平小于来自第一像素11a和第四像素11d的图像信号的信号电平，这是因为微透镜21b、21c的尺寸较小。因此，当以CCD图像传感器10形成图像时，根据来自第一像素11a和第四像素11d的图像信号对来自第二像素11b和第三像素11c的图像信号进行校正处理。
在示出了剖面线X1-Y1的截面的图3中，CCD图像传感器10被构造在n型半导体衬底25上。在n型半导体衬底25的表面上形成p阱层26。在p阱层26的顶层上形成构成PD20a至20d的n型层27a至27d、构成VCCD 12的n型层28、构成装置隔离区15的p+层29以及将PD 20a至20d与VCCD 12分离的p+层30。
通过使用诸如气相沉积、掺杂、光刻法、蚀刻等已知的技术将CCD图像传感器10形成在半导体衬底25上。注意，剖面线X1-Y1剖开每个部分以通过每个微透镜21a至21d的中心。
每个PD 20a至20d都由p阱层26与n型层27a至27d中的每一个之间的pn结构成。每个PD 20a至20d根据入射光产生正电子空穴对。在所产生的正电子空穴对中，电子在每个n型层27a至27d中累积。每个n型层27a至27d通过p+层29与相邻像素的每个n型层27a至27d分开。另外，每个n型层27a至27d通过p+层30与构成VCCD 12的n型层28隔开。因此，防止了在n型层27a至27d中累积的电荷被不知不觉地传递至其他区域。
VCCD 12包括n型层28和在n型层28上提供的传递电极31。构成每个PD 20a至20d的每个n型层27a至27d通过p阱层26与构成VCCD 12的n型层28隔开。读出门16包括n型层27a至27d中的每一个与n型层28之间的一部分p阱层26，并且在该部分上提供传递电极32。例如，多晶硅被用于每个传递电极31、32。
通过向传递电极32施加电压以改变p阱层26的电势，来将每个n型层27a至27d中累积的电荷传递至n型层28。根据以预定定时施加在传递电极31的电压，传递至n型层28的电荷被传递至剖面方向(垂直于纸面的方向)。从而，将在每个PD 20a至20d中累积的电荷传递至HCCD 13。
装置隔离区15形成针对在每个n型层27a至27d中累积的电荷的电势垒，以防止电荷在每个相邻的PD 20a至20d中传递。
另外，形成光屏蔽膜33以覆盖p阱层26的整个表面。光屏蔽膜33被提供有使得每个n型层27a至27d暴露的多个开口33a。光屏蔽膜33防止不必要的光入射在除PD 20a至20d之外的区域上。并且，形成平坦化层34以覆盖光屏蔽膜33，并且在平坦化层34上提供微透镜21a至21d。
平坦化层34填充由传递电极31和32等在衬底上所产生的不规则形状，并且构成平坦的透镜形成表面34a以形成微透镜21a至21d。诸如BPSG之类的半透明材料用于平坦化层34。每个微透镜21a至21d形成在透镜形成表面34a上，具有如上所述的与每个PD 20a至20d的位置关系和调节的大小。另外，由于每个微透镜21a至21d具有近似半球的形状，所以从透镜形成表面34a开始的高度根据每个直径而不同。
如图2和图3所示出的那样，第二像素11b与第四像素11d邻接的区域在微透镜21b和微透镜21d之间具有较大缝隙。类似地，第三像素11c与第四像素11d之间的区域在微透镜21c与微透镜21d之间具有较大缝隙。因此，当第四像素11d的微透镜21d形成为与第一像素11a的微透镜21a相同的大小时，在来自要从如上所述的缝隙的入射的光的影响下，第四像素11d的光接收量变得大于第一像素11a的光接收量(具体地，光接收量提高了约5％)。
相反，在本实施例中，第四像素11d的微透镜21d形成为小于第一像素11a的微透镜21a(具体地，使面积小了约5％)。因此，由于对应于从如上所述的缝隙入射的光使得要从微透镜21d入射到PD20d上的光量相对减少，所以具有近似均匀量的光入射在作为成像专用像素的第一像素11a和第四像素11d的每个PD 20a、20d上。
通过上述构造，由于具有近似均匀量的光入射在每个PD 20a、20d上并且能够获得没有噪音的自然图像，所以不需要进行校正处理。因此，由于不需要执行校正处理，所以不需要为用于执行校正处理而增加处理时间以及由校正处理所产生的新的噪音而担心。
注意到在本实施例中，尽管形成第四像素11d的微透镜21d使得其面积为比第一像素11a的微透镜21a的面积小近似5％，但是并没有将微透镜21d对微透镜21a的缩小比例限定于此，而是可以根据从上述缝隙入射的光的光量来适当地确定缩小比例。
另外，在本实施例中，尽管第四像素11d的微透镜21d对第一像素11a的微透镜21a的缩小比例对于所有微透镜21d都是一样的，但是当根据与第二像素11b或第三像素11c相邻的方向、在n型半导体衬底25上形成的结构(诸如VCCD 12)的形状等使得要从缝隙入射的光的量变得不同时，可以根据光量适当地调节每个微透镜21d的缩小比例。此外，在本实施例中，尽管布置第四像素11d以邻近第二像素11b或第三像素11c，但并没有限定于此，而是可以将第四像素布置在发生光接收量增加的任何位置处。
[第二实施例]
接下来，将说明本发明的第二实施例。注意到，第二实施例涉及关于与上述第一实施例在功能上和构造上相同的部件的相同参考标记，并且省略了对于这些部件的详细说明。在上述第一实施例中，像素组18包括第一像素11a至第四像素11d共四种像素。与此相反，在本实施例中，如图4所示，像素组50还包括除第一像素11a至第四像素11d以外的第五像素11e共五种像素。像素组50用第五像素11e替换了第一实施例的像素组18中包括的十个第一像素11a当中的与第四像素11d相邻的七个第一像素11a。
第五像素在执行图像捕获时与第一像素11a和第四像素11d一起用于图像形成。第五像素11e包括PD 20e和微透镜21e。第五像素11e的微透镜21e形成为近似半球形状，并且对其进行布置使得其光轴与PD 21e的光接收表面的中心一致。第五像素11e的微透镜21e的直径小于第一像素11a的微透镜21a的直径并大于第四像素11d的微透镜21d的直径。
例如，当确定第四像素11d的微透镜21d的直径使得微透镜21d的面积比第一像素11a的微透镜21a的面积小近似5％时，则确定第五像素11e的微透镜21e的直径使得微透镜21e的面积比第一像素11a的微透镜21a的面积小近似3％。
在第一实施例中，由于第一像素11a与第四像素11d相邻布置，所以会担心要从微透镜21a与微透镜21d的直径差所产生的缝隙入射的光的影响造成与第四像素11d相邻的第一像素11a的光接收量的增加。与之相反，在本实施例中，由于在第一像素11a和第四像素11d之间提供了第五像素11e，其具有小于第一像素11a的微透镜21a并且大于第四像素11d的微透镜21d的微透镜21e，所以在与第四像素11d相邻的第五像素11e中的光接收量的增加被减少，并且与第五像素11e相邻的第一像素11a中的光接收量的增加也被减少。
如上所述，由于围绕相差检测像素(第二像素11b和第三像素11c)的像素的微透镜的直径随着与相差检测像素更加接近逐渐减小，均匀量的光入射在成像专用像素的PD上，并且可以获得具有更少噪音的图像。
注意到在此实施例中，尽管围绕第二像素11b和第三像素11c的像素的微透镜的大小按照两个等级被改变，但是可以按照至少三个等级对其进行改变。具体地，可以根据从缝隙入射的光量、像素组的构造等来适当地确定等级的数量。
[第三实施例]
接下来，将说明本发明的第三实施例。在图5中，类似于上述第二实施例的像素组50，本实施例的像素组52包括第一像素11a至第五像素11e共五种像素。在这些像素当中，第一像素11a、第四像素11d和第五像素11e为成像专用像素，其具有与第二实施例的这些像素相同的构造。
另一方面，第二像素11b具有直径大于第一和第二实施例的微透镜21b的微透镜53。形成微透镜53使得其一部分进入相邻的第三像素11c的未用空间和相邻的第五像素11e的未用空间。注意到，未用空间是在像素的透镜形成表面34a上没有形成微透镜的空间。
类似地，第三像素11c具有直径大于第一和第二实施例的微透镜21c的微透镜54。形成微透镜54使得其一部分进入相邻的第二像素11b的未用空间和相邻的第五像素11e的未用空间。
在作为相差检测像素的每个第二像素11b和第三像素11c中，由于需要将每个PD 20b、20c的光接收表面的中心从每个微透镜53、54的光轴偏移，所以每个微透镜53、54必须小于成像专用像素的微透镜。因此，在第二像素11b和第三像素11c中，由于光接收量变得小于成像专用像素的光接收量，所以当执行相差法自动对焦并且形成由这些每个像素的图像信号所构成的图像时，即使在图像处理之后也还是会有噪音残留和假色(false color)的问题。
与之相反，在本实施例中，通过使得第二像素11b和第三像素11c的微透镜53和54进入相邻像素的未用空间，使得能够将直径制成尽可能得大。因此，第二像素11b和第三像素11c的光接收量增加，并且降低了噪音和假色的出现。
[第四实施例]
接下来，将说明本发明的第四实施例。在图6中，类似于上述第一实施例的像素组18，本实施例的像素组60包括第一像素61a、第二像素61b、第三像素61c和第四像素61d共四种像素。每个像素61a至61d包括每个PD 62a至62d和每个微透镜63a至63d。在这些像素61a至61d当中，第一像素61a至第三像素61c其具有与第一实施例的第一像素11a至第三像素11c相同的构造。
另一方面，与第一实施例的第四像素11d不同，第四像素61d具有微透镜63d，其具有与第一像素61a的微透镜63a近似相同的形状和大小。如示出了剖面线X2-Y2的截面的图7所示，在平坦化层64的透镜形成表面64a上，在对应于第四像素61d的点处形成凹陷部分64b。第四像素61d的微透镜63d形成在凹陷部分64b的内部底表面上，并且具有从PD 62d开始的高度，该高度低于在透镜形成表面64a上形成的每个第一像素61a至第三像素61c的微透镜63a至63c的高度。
第一像素61a的微透镜63a具有聚光属性，使得被聚集的光在透镜形成表面64a上的位置处适当地入射在PD 62a上。由于第四像素61d的微透镜63d形成在低于透镜形成表面64a的位置处，所以尽管其具有与第一像素61a的微透镜63a相同的聚光属性，但被聚集在***部分之外的光没有入射在PD 62d上(发生所谓的晕映(vignetting))，并且要入射在PD 62d上的光量降低。
因此，由于凹陷部分64b的深度，也就是从PD 62d开始的微透镜63d的高度被调整使得要入射在PD 62d上的光量对应于从微透镜63b和微透镜63d之间出现的缝隙或者微透镜63c和微透镜63d之间出现的缝隙入射的光量而降低，所以能够获得类似于第一实施例的效果。
[第五实施例]
接下来，将说明本发明的第五实施例。在图8中，类似于上述第二实施例的像素组50，本实施例的像素组70包括第一像素71a至第五像素71e共五种像素。每个像素71a至71e包括每个PD 72a至72e和每个微透镜73a至73e。在这些像素当71a至71e当中，第一像素71a至第四像素71d具有与第四实施例的第一像素61a至第四像素61d相同的构造。第五像素71e具有微透镜73e，其具有与每个第一像素71a和第四像素71d中的每个微透镜73a、73d近似相同的形状和大小。
在平坦化层74的透镜形成表面74a上，第一凹陷部分74b形成在对应于第四像素71d的点处，而第二凹陷部分74c形成在对应于第五像素71e的点处。第二凹陷部分74c形成为比第一凹陷部分74b更浅。第四像素71d的微透镜73d形成在第一凹陷部分74b的内部底表面上。第五像素71e的微透镜73e形成在第二凹陷部分74c的内部底表面上。
在第四实施例中，只有第四像素61d的微透镜63d形成在较低位置处。与之相反，在本实施例中，通过形成具有不同高度的第一凹陷部分74b和第二凹陷部分74c，第四像素71d的微透镜73d和第五像素71e的微透镜73e被降低以具有不同的高度。具体地，围绕相差检测像素(第二像素71b和第三像素71c)的像素的微透镜的高度随着与相差检测像素更加接近逐渐降低。因此，类似于第二实施例，均匀量的光入射在成像专用像素的PD上，并且可以获得具有更少噪音的图像。
[第六实施例]
接下来，将说明本发明的第六实施例。在图9中，类似于上述第五实施例的像素组70，本实施例的像素组75包括第一像素71a至第五像素71e共五种像素。在这些像素当中，第一像素71a、第四像素71d和第五像素71e为成像专用像素，其具有与第五实施例相同的构造。
另一方面，第二像素71b具有直径大于第五实施例的微透镜73b的直径的微透镜76。布置微透镜76使得其一部分进入相邻的第三像素71c的未用空间，而其另一部分进入相邻的第五像素71e的未用空间，并且在光轴方向(高度方向)上微透镜76的一部分与第五像素71e的微透镜73e重叠。
在示出了剖面线X3-Y3的截面的图10中，第五像素71e的微透镜73e形成在第二凹陷部分74c的内部底表面上。由于第五像素71e的微透镜73e具有从PD 72e开始的高度，该高度低于第二像素71b的微透镜76的高度，所以根据微透镜73e的曲率在微透镜76的横向侧面产生了空间。在本实施例中，通过使微透镜76的一部分进入该空间来使得微透镜76的直径变得尽可能大。
类似地，第三像素71c具有直径大于第五实施例的微透镜73c的直径的微透镜77。布置微透镜77使得其一部分进入相邻的第二像素71b的未用空间，而其另一部分进入相邻的第五像素71e的未用空间，并且在光轴方向(高度方向)上微透镜77的一部分与第五像素71e的微透镜73e重叠。
如上所述，与第三实施例相同，由于将微透镜76和77制得尽可能大，所以第二像素71b和第三像素71c的光接收量增加，并且降低了噪音和假色的出现。
[第七实施例]
接下来，将说明本发明的第七实施例。在图11中，本实施例的像素组80包括作为成像专用像素的第一像素81a和作为相差检测像素的第二像素81b和第三像素81c共三种像素。每个像素81a至81c包括每个PD 82a至82c和每个微透镜83a至83c，与上述每个实施例相同地构成。
凸起部分85在对应于每个第二像素81b和第三像素81c的位置处形成在平坦化层84的透镜形成表面84a上。凸起部分85形成为近似四棱台形状，其为从透镜形成表面84a突出预定量的第二像素81b和第三像素81c的每个矩形区域。向相邻的第一像素81a边界部分倾斜的斜面85a形成为凸起部分85的周边。
第二像素81b和第三像素81c的微透镜83b、83c形成在凸起部分85上，并且具有从PD 82b、82c开始的高度，该高度高于第一像素81a的微透镜83a的高度。
如上所述，通过使得微透镜83b和83c的高度更高，通过与相邻第一像素81a的缝隙要入射在第一像素81a的PD 82a上的光的入射角范围变得更窄。因此，由于光变得更难从微透镜83a和微透镜83b之间的缝隙以及微透镜83a和微透镜83c之间的缝隙入射，所以减少了从缝隙入射的光所产生的第一像素81a的光接收量的增加。另外，通过使得斜面85a作为凸起部分85的周边，上述入射角范围变得更窄。
通过这种方式，作为与相差检测像素相邻的成像专用像素的光接收量的增加因素，除上述因素以外，还具有由生产引起的因素，即，成像专用像素的PD接收了从在各微透镜之间产生的缝隙入射的光。具体而言，当形成成像专用像素的微透镜时，由于与相差检测像素相邻的成像专用像素成为具有朝向与相差检测像素的微透镜的缝隙伸展的微透镜，所以其大小变得大于其他成像专用像素的微透镜，并且光接收量增加。
对于这个问题，在本实施例中，由于当形成作为成像专用像素的第一像素81a的每个微透镜83a时，凸起部分85的斜面85a作为障碍物，防止了与第二像素81b和第三像素81c相邻的第一像素81a的微透镜83a延伸得更大，所以防止了由生产所引起的光量增加。
注意到，斜面85a的倾斜角度可以是考虑了微透镜83a、凸起部分85等的模制属性的任何角度。另外，斜面85a可以是近似与透镜形成表面84a垂直的垂直平面。
[第八实施例]
接下来，将说明本发明的第八实施例。在图12中，本实施例的像素组90包括作为成像专用像素的第一像素91a和作为相差检测像素的第二像素91b和第三像素91c共三种像素。第一像素91a包括PD 92a和微透镜93a，与上述每个实施例相同地构成。每个第二像素91b和第三像素91c包括每个PD 92b、92c和每个微透镜93b、93c。PD 92b、92c与上述每个实施例相同地构成。
在图12中和示出了剖面线X4-Y4的截面的图13中，第二像素91b的微透镜93b具有非球形形状，其中微透镜93b的光轴中心从PD92b的光接收表面的中心向左偏移预定量，并且其接触透镜形成表面34a的底部部分向与第一像素91a相邻的边界部分延伸。类似地，第三像素91c的微透镜93c具有非球形形状，其中微透镜93c的光轴中心从PD 92c的光接收表面的中心向右偏移预定量，并且其接触透镜形成表面34a的底部部分向与第一像素91a相邻的边界部分延伸。
如上所述，通过使得微透镜93b、93c为非球形形状，可以防止每个微透镜93b、93c与相邻的微透镜93a之间出现缝隙。因此，在本实施例中，没有通过接收从如上所述的缝隙入射的光并在透镜模制时扩大微透镜93a使得相邻第一像素91a的光接收量增加。另外，由于每个微透镜93b、93c的大小根据底部部分变得较大，所以第二像素91b和第三像素91c的每一个的光接收量都增加。注意到，作为非球形形状的微透镜的形成方法，例如，可以使用在日本专利公开No.2006-049721中所列方法。
[第九实施例]
接下来，将说明本发明的第九实施例。如图14所示，本实施例的像素组100包括第一像素101a、第二像素101b、第三像素101c和第四像素101d共四种像素。每个像素101a至101d包括每个PD102a至102d和每个微透镜103a至103d。每个微透镜103a至103d具有与上述第四实施例的每个微透镜63a至63d相同的构造。
在p阱层104的表面104a上，在对应于第四像素101d的位置处形成凹陷部分105。如图15所示，通过使用已知的平版印刷技术或蚀刻技术对p阱层104的表面104a蚀刻来形成凹陷部分105。
在PD 102a至102d当中，PD 102a至102c形成在p阱层104的表面104a上。另一方面，PD 102d形成在凹陷部分105的内部底表面上。因此，PD 102d变得具有在n型半导体衬底25上比其他PD102a至102c更低的高度。
在凹陷部分105上，还形成对应于PD 102d的VCCD 12和读出门16。在p阱层104上形成凹陷部分105之后，通过使用已知的平版印刷技术或掺杂技术在预定位置形成n型层27a至27d、28和p+层29、30、106、107来构成VCCD 12和读出门16。防止在PD 102d中聚集电荷的传递的p+层106、107对应于凹陷部分105比p+层29、30形成得更深。另外，在p阱层104的表面104a上，类似于如上所述的各实施例，形成覆盖传递电极31、32并且具有使得每个n型层27a至27d暴露的多个开口108a的光屏蔽膜108。
如上所述，由于PD 102d的高度比每个PD 102a至102c低，因此，通过凹陷部分105的边沿以及在p阱层104的表面104a上的靠近该边沿的位置处提供的诸如传递电极31、32和光屏蔽膜108之类的结构，从微透镜103b和微透镜103d之间产生的缝隙或者从微透镜103c和微透镜103d之间产生的缝隙入射的光被屏蔽从而难以进入PD102d。因此，防止了由于从上述缝隙入射的光导致第四像素101d的光接收量的增加，并且近似均匀量的光入射在作为成像专用像素的每个第一像素101a和第四像素101d中的每个PD 102a、102d上。
[第十实施例]
接下来，将说明本发明的第十实施例。如图16所示，本实施例的像素组110包括第一像素111a、第二像素111b和第三像素111c共三种像素。每个像素111a至111c包括每个PD 112a至112c和每个微透镜113a至113c。每个微透镜113a至113c具有与上述各实施例相同的构造。
在p阱层114的表面114a上，在对应于第二像素111b和第三像素111c的位置处形成凸起部分115。如图17所示，通过使用已知的平版印刷技术或蚀刻技术对p阱层114的表面114a进行蚀刻来形成凸起部分115。
在PD 112a至112c当中，PD 112a形成在p阱层114的表面114a上。另一方面，PD 112b、112c形成在凸起部分115的内部底表面上。因此，每个PD 112b、112c成为具有在n型半导体衬底25上高于PD112a的高度。
在凸起部分115上，还形成对应于PD 112b、112c的VCCD 12和读出门16。在p阱层114上形成凸起部分115之后，通过使用已知的平版印刷技术或掺杂技术在预定位置形成n型层27a至27c、28和p+层29、30、116来构成VCCD 12和读出门16。将PD 112b、112c与相邻的PD 112a隔开的p+层116对应于凸起部分115比p+层30形成得更深。另外，在p阱层114的表面114a上，类似于如上所述的各实施例，形成覆盖传递电极31、32并且具有使得每个n型层27a至27c暴露的多个开口117a的光屏蔽膜117。
如上所述，由于PD 112b、112c的高度被制成高于PD 112a的高度，因此，通过凸起部分115的角以及在靠近该角的位置处提供的诸如传递电极31、32和光屏蔽膜117之类的结构，从微透镜113a和微透镜113b之间产生的缝隙或者从微透镜113a和微透镜113c之间产生的缝隙入射的光被屏蔽从而难以进入PD 112a。因此，防止了由于从上述缝隙入射的光导致相邻的第一像素111a的光接收量的增加，并且近似均匀量的光入射在作为成像专用像素的第一像素111a的PD 112a上。
另外，通过在凸起部分115上提供PD 112b、112c，每个PD 112b、112c变得与每个微透镜113b、113c更加接近，并且抑制了晕映的产生。因此，增加了第二像素111b和第三像素111c中的每一个的光接收量。
注意到如图18所示，还优选地针对每个像素111a至111c制成内部透镜118a至118c。在此情况下，更优选地，每部透镜118a的形状与每个内部透镜118b、118c的形状不同。
当将所有内部透镜118a至118c形成为相同形状时，认为由于PD 112a至112c当中的高度差而在第一像素111a与第二像素111b之间或者与第三像素111c之间产生焦距偏移，并且有关的像素的光接收效率退化。与之相反，通过根据每个PD 112a至112c的高度将内部透镜118a的形状改为不同于每个内部透镜118b、118c的形状，使得每个内部透镜118a至118c的焦距适当地与每个PD 112a至112c匹配。因此，防止了由于焦距偏移引起的光接收效率的退化。
[第十一实施例]
接下来，将说明本发明的第十一实施例。如图19所示，本实施例的像素组120包括第一像素121a、第二像素121b、第三像素121c和第四像素121d共四种像素。每个像素121a至121d包括每个PD122a至122d和每个微透镜123a至123d。每个微透镜123a至123d具有与上述第九实施例的每个微透镜103a至103d相同的构造。
如图20所示，在p阱层124的表面124a上，在对应于第四像素121d的位置处形成凸起部分125。凸起部分125形成为具有近似梯形截面的棱柱形状，并且凸起部分125具有从p阱层124的表面124a倾斜预定角度的斜面125a。另外，形成凸起部分125使得斜面125a朝向与相邻的第二像素121b或第三像素121c相反的方向。
能够通过例如灰度级平版印刷技术来形成具有这种斜面125a的凸起部分125，其中通过利用具有可变密度的光掩膜(灰度级掩膜)改变紫外线的传输量来控制到达感光材料的光量。
具体地，具有对应于凸起部分125的形状的感光材料通过灰度级平版印刷形成在p阱层124上。之后，通过对p阱层124施加各向异性蚀刻，将感光材料的形状复制到p阱层124。因此，具有斜面125a的凸起部分125形成在p阱层124的表面124a上。
在PD 122a至122d当中，PD 122a至122c形成在p阱层124的表面124a上。另一方面，PD 122d形成在凸起部分125的斜面125a上。PD 122d倾斜，使得光接收表面朝向与相邻的第二像素121b或第三像素121c相反的方向。
在凸起部分125上，还形成对应于PD 122d的VCCD 12和读出
16。在p阱层124上形成凸起部分125之后，通过使用已知的平版印刷技术或掺杂技术在预定位置形成n型层27a至27d、28和p+层29、30、126来构成VCCD 12和读出门16。将PD 122b与相邻的PD 112d隔开并且将PD 122c与PD 122d隔开的p+层126对应于凸起部分125比p+层30形成得更深。另外，在p阱层124的表面124a上，类似于如上所述的各实施例，形成覆盖传递电极31、32并且具有使得每个n型层27a至27d暴露的多个开口127a的光屏蔽膜127。
如上所述，由于PD 122d的光接收表面倾斜，所以从微透镜123b和微透镜123d之间产生的缝隙或微透镜123c和微透镜123d之间产生的缝隙入射的光被屏蔽而难以进入PD 122d。因此，防止了由于从上述缝隙入射的光导致第四像素121d的光接收量的增加，并且近似均匀量的光入射在作为成像专用像素的每个第一像素121a和第四像素121d中的每个PD 122a、122d上。
注意到可以根据从缝隙入射的光的入射角来适当地决定斜面125a的倾斜角。具体地，斜面125a相对于p阱层124的表面124a的角度被制成大于从缝隙入射的光相对于透镜形成表面34a的角度的最大值(当平行于透镜形成平面34a时为零度)。因此，可以确保防止光从缝隙入射到PD 122d。
[第十二实施例]
接下来，将说明本发明的第十二实施例。如图21所示，本实施例的像素组130包括第一像素131a、第二像素131b和第三像素131c共三种像素。每个像素131a至131c包括每个PD 132a至132c和每个微透镜133a至133c。每个微透镜133a至133c具有与上述各实施例相同的构造。
如图22所示，在p阱层134的表面134a上，在对应于第二像素131b的位置处形成凸起部分135，并且在对应于第三像素131c的位置处形成凸起部分136。每个凸起部分135、136形成为具有近似梯形截面的棱柱形状，并且每个凸起部分135、136具有从p阱层134的表面134a倾斜预定角度的斜面135a、136a。
形成凸起部分135使得斜面135a朝向对应的第二像素131b的微透镜133b的方向。类似地，形成凸起部分136使得斜面136a朝向对应的第三像素131c的微透镜133c的方向。可以通过与第十一实施例的凸起部分125相同的灰度级平版印刷技术来形成每个凸起部分135、136。
在p阱层134的表面134a上形成PD 132a。在凸起部分135的斜面135a上形成PD 132b。在凸起部分136的斜面136a上形成PD132c。因此，每个PD 132b、132c倾斜，使得光接收表面朝向每个有关的像素131b、131c的每个微透镜133b、133c的方向。
在每个凸起部分135、136上，还形成对应于每个PD 132b、132c的VCCD 12和读出门16。在p阱层134上形成每个凸起部分135、136之后，通过使用已知的平版印刷技术或掺杂技术在预定位置形成n型层27a至27c、28和p+层29、30、137来构成VCCD 12和读出门16。将PD 132a与PD 132b隔开并且将PD 132a与PD 132c隔开的p+层137对应于每个凸起部分135、136比p+层30形成得更深。另外，在p阱层134的表面134a上，类似于如上所述的各实施例，形成覆盖传递电极31、32并且具有使得每个n型层27a至27c暴露的多个开口138a的光屏蔽膜138。
如上所述，由于在每个凸起部分135、136的每个斜面135a、136a上形成每个PD 132b、132c，通过每个凸起部分135、136的角以及在靠近该角的位置处提供的诸如传递电极31、32和光屏蔽膜138之类的结构，从微透镜133a和微透镜133b之间产生的缝隙或者从微透镜133a和微透镜133c之间产生的缝隙入射的光被屏蔽难以进入PD132a。
因此，防止了由于从上述缝隙入射的光导致相邻的第一像素131a的光接收量的增加，并且近似均匀量的光入射在作为成像专用像素的第一像素131a的PD 132a上。
另外，由于每个PD 132b、132c形成为具有如上所述的倾斜，从每个微透镜133b、133c入射的光相对于光接收表面的法线的入射角度变小，并且由每个微透镜133b、133c聚集的光的接收效率得以改进。因此，在本实施例中，增加了第二像素131b和第三像素131c中的每一个的光接收量。
尽管在上述各实施例中示出示出了按照4×4的矩形栅格的16个像素的排列的像素组，但是在像素组中包括的像素的数量以及像素的排列并没有如上进行限定，而是可以适当地改变。另外，尽管作为相差检测像素的第二像素和第三像素在上述各实施例中被定位为相邻的，但是并没有要求第二像素和第三像素是相邻的。
在上述各实施例中，尽管示出了像素为蜂房排列的CCD图像传感器10，但是并没有将本发明限定于此，而是例如，本发明可以应用至按照四方晶格形状排列的近似矩形形状的像素的CCD图像传感器。此外，可以将本发明应用至诸如CMOS图像传感器之类的其他类型的固态成像装置。
另外，固态成像装置可以由上述各实施例的结合构成，例如，第二像素和第三像素的每一个的微透镜都形成为非球形形状，并且第二像素和第三像素的每一个的PD的高度都被制得更高。
参考标记的说明
10CCD图像传感器(固态成像装置)
11像素
11a第一像素(仅用于图像形成的像素)
11b第二像素(相差检测像素)
11c第三像素(相差检测像素)
11d第四像素(仅用于图像形成的像素)
18像素组
20a、20b、20c、20d PD(光电转换元件)
21a、21b、21c、21d微透镜
64b凹陷部分
85凸起部分
105凹陷部分
115凸起部分
118a、118b、118c内部透镜
125凸起部分
125a斜面
135、136凸起部分
135a、136a斜面

Claims (15)

1.一种固态成像装置，包括：
多个相差检测像素，其具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜；以及
多个成像专用像素，其具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得成像专用像素的微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的成像专用像素的微透镜被形成为小于其他成像专用像素的微透镜。
2.根据权利要求1的固态成像装置，其中多个成像专用像素具有至少三种大小的微透镜，并且随着微透镜的位置变得与相差检测像素更加接近，微透镜的大小逐渐变得更小。
3.根据权利要求1的固态成像装置，其中相差检测像素的微透镜的一部分进入相邻的成像专用像素的未用空间中。
4.一种固态成像装置，包括：
多个相差检测像素，其具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜；以及
多个成像专用像素，其具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得成像专用像素的微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的成像专用像素的微透镜从光电转换元件开始的高度比相差检测像素的微透镜的高度更低。
5.根据权利要求4的固态成像装置，其中在形成每个微透镜的透镜形成表面上，在与围绕相差检测像素排列的成像专用像素相对应的位置处形成凹陷部分，并且通过在该凹陷部分的内部底表面上形成微透镜，使得围绕相差检测像素排列的微透镜从光电转换元件开始的高度变得比相差检测像素的微透镜的高度更低。
6.根据权利要求5的固态成像装置，其中通过在透镜形成表面上形成不同深度的多个凹陷部分，随着成像专用像素的微透镜的位置变得与相差检测像素更加接近，成像专用像素的微透镜的高度逐渐变得更低。
7.根据权利要求5的固态成像装置，其中将相差检测像素的一部分微透镜设置到通过使相邻的成像专用像素的微透镜的高度更低而形成的空间中。
8.根据权利要求4的固态成像装置，其中在形成每个微透镜的透镜形成表面上，在对应于相差检测像素的位置处形成凸起部分，并且通过在该凸起部分上形成微透镜，使得相差检测像素的微透镜的高度变得比成像专用像素的微透镜的高度更高。
9.一种固态成像装置，包括：
多个成像专用像素，其具有布置的微透镜，使得微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致；以及
多个相差检测像素，其具有比成像专用像素的微透镜更小的微透镜，并且对相差检测像素的微透镜进行布置，使得相差检测像素的微透镜的光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移，其中相差检测像素的微透镜具有底部部分朝向与成像专用像素相邻的边界部分延伸的非球形形状。
10.一种固态成像装置，包括：
多个相差检测像素，其具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜；以及
多个成像专用像素，其具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得成像专用像素的微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中使得围绕相差检测像素排列的成像专用像素的光电转换元件在半导体衬底上的高度比相差检测像素的光电转换元件的高度更低。
11.根据权利要求10的固态成像装置，其中在半导体衬底的表面上，在与围绕相差检测像素排列的成像专用像素相对应的位置处形成凹陷部分，并且通过在该凹陷部分的内部底表面上形成光电转换元件，使得围绕相差检测像素排列的光电转换元件的高度变得比相差检测像素的光电转换元件的高度更低。
12.根据权利要求10的固态成像装置，其中在半导体衬底的表面上，在对应于相差检测像素的位置处形成凸起部分，并且通过在该凸起部分上形成光电转换元件，使得相差检测像素的光电转换元件的高度变得比成像专用像素的光电转换元件的高度更高。
13.根据权利要求12的固态成像装置，其中凸起部分具有形成为指向相差检测像素的微透镜的斜面，并且相差检测像素的光电转换元件形成在该斜面上。
14.根据权利要求10的固态成像装置，其中成像专用像素和相差检测像素具有在微透镜之下的内部透镜，并且每个内部透镜的形状根据到光电转换元件的距离而改变，使得焦距与光电转换元件匹配。
15.一种固态成像装置，包括：
多个相差检测像素，其具有光轴按照预定方向从光电转换元件的光接收表面的中心偏移的微透镜；以及
多个成像专用像素，其具有比相差检测像素的微透镜更大的微透镜，并且对成像专用像素的微透镜进行布置，使得成像专用像素的微透镜的光轴与光电转换元件的光接收表面的中心近似地一致，其中围绕相差检测像素排列的成像专用像素的光电转换元件被倾斜，使得光接收表面指向与相差检测像素相反的方向。
CN201080009635.8A 2009-11-20 2010-09-30 固态成像装置 Expired - Fee Related CN102483510B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009264758 2009-11-20
JP2009-264758 2009-11-20
PCT/JP2010/067035 WO2011061998A1 (ja) 2009-11-20 2010-09-30 固体撮像装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102483510A CN102483510A (zh) 2012-05-30
CN102483510B true CN102483510B (zh) 2015-04-15

Family

ID=44059483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080009635.8A Expired - Fee Related CN102483510B (zh) 2009-11-20 2010-09-30 固态成像装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8102460B2 (zh)
EP (1) EP2362257B1 (zh)
JP (1) JP4764958B2 (zh)
CN (1) CN102483510B (zh)
WO (1) WO2011061998A1 (zh)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10298834B2 (en) 2006-12-01 2019-05-21 Google Llc Video refocusing
JP5272433B2 (ja) * 2008-02-15 2013-08-28 富士通セミコンダクター株式会社 画像撮像素子のずらし量算出方法及び装置、画像撮像素子、画像撮像素子内蔵装置
TWI504256B (zh) * 2008-04-07 2015-10-11 Sony Corp 固態成像裝置，其訊號處理方法，及電子設備
JP5232118B2 (ja) * 2009-09-30 2013-07-10 富士フイルム株式会社 撮像デバイスおよび電子カメラ
WO2012008209A1 (ja) * 2010-07-12 2012-01-19 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
CN103081457B (zh) * 2010-08-24 2016-04-13 富士胶片株式会社 固态成像装置
US9184199B2 (en) 2011-08-01 2015-11-10 Lytro, Inc. Optical assembly including plenoptic microlens array
WO2013047110A1 (ja) 2011-09-30 2013-04-04 富士フイルム株式会社 撮像装置及び位相差画素の感度比算出方法
CN103139470A (zh) * 2011-11-30 2013-06-05 索尼公司 数字成像***
WO2013099910A1 (ja) * 2011-12-27 2013-07-04 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
JP5836821B2 (ja) 2012-01-30 2015-12-24 オリンパス株式会社 撮像装置
JP6141024B2 (ja) 2012-02-10 2017-06-07 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像システム
JP2014089432A (ja) * 2012-03-01 2014-05-15 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器
CN104303493A (zh) * 2012-05-09 2015-01-21 莱特洛公司 用于改进的光场捕获和操作的光学***的优化
US9858649B2 (en) 2015-09-30 2018-01-02 Lytro, Inc. Depth-based image blurring
TWI636557B (zh) * 2013-03-15 2018-09-21 新力股份有限公司 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device
JP6323448B2 (ja) * 2013-03-29 2018-05-16 ソニー株式会社 撮像素子および撮像装置
KR102275235B1 (ko) * 2013-03-29 2021-07-09 소니그룹주식회사 촬상 소자 및 촬상 장치
US10334151B2 (en) 2013-04-22 2019-06-25 Google Llc Phase detection autofocus using subaperture images
JP6295526B2 (ja) 2013-07-11 2018-03-20 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP2015228466A (ja) 2014-06-02 2015-12-17 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
KR20160025729A (ko) * 2014-08-28 2016-03-09 에스케이하이닉스 주식회사 깊이 검출 픽셀을 구비한 이미지 센서 및 이를 이용한 깊이 정보 생성 방법
EP3595008A3 (en) * 2014-12-18 2020-05-06 Sony Corporation Solid-state image pickup device and electronic apparatus
US10341632B2 (en) 2015-04-15 2019-07-02 Google Llc. Spatial random access enabled video system with a three-dimensional viewing volume
US10469873B2 (en) 2015-04-15 2019-11-05 Google Llc Encoding and decoding virtual reality video
US10546424B2 (en) 2015-04-15 2020-01-28 Google Llc Layered content delivery for virtual and augmented reality experiences
US10412373B2 (en) 2015-04-15 2019-09-10 Google Llc Image capture for virtual reality displays
US10440407B2 (en) 2017-05-09 2019-10-08 Google Llc Adaptive control for immersive experience delivery
US10275898B1 (en) 2015-04-15 2019-04-30 Google Llc Wedge-based light-field video capture
US10419737B2 (en) 2015-04-15 2019-09-17 Google Llc Data structures and delivery methods for expediting virtual reality playback
US11328446B2 (en) 2015-04-15 2022-05-10 Google Llc Combining light-field data with active depth data for depth map generation
US10567464B2 (en) 2015-04-15 2020-02-18 Google Llc Video compression with adaptive view-dependent lighting removal
US10565734B2 (en) 2015-04-15 2020-02-18 Google Llc Video capture, processing, calibration, computational fiber artifact removal, and light-field pipeline
US10540818B2 (en) 2015-04-15 2020-01-21 Google Llc Stereo image generation and interactive playback
US10444931B2 (en) 2017-05-09 2019-10-15 Google Llc Vantage generation and interactive playback
JP6506614B2 (ja) 2015-05-14 2019-04-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
US10566365B2 (en) * 2015-05-27 2020-02-18 Visera Technologies Company Limited Image sensor
KR102374112B1 (ko) 2015-07-15 2022-03-14 삼성전자주식회사 오토 포커싱 픽셀을 포함하는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템
US9979909B2 (en) 2015-07-24 2018-05-22 Lytro, Inc. Automatic lens flare detection and correction for light-field images
JP6789643B2 (ja) * 2016-03-04 2020-11-25 キヤノン株式会社 撮像装置
US10275892B2 (en) 2016-06-09 2019-04-30 Google Llc Multi-view scene segmentation and propagation
US10679361B2 (en) 2016-12-05 2020-06-09 Google Llc Multi-view rotoscope contour propagation
US10594945B2 (en) 2017-04-03 2020-03-17 Google Llc Generating dolly zoom effect using light field image data
US10474227B2 (en) 2017-05-09 2019-11-12 Google Llc Generation of virtual reality with 6 degrees of freedom from limited viewer data
US10354399B2 (en) 2017-05-25 2019-07-16 Google Llc Multi-view back-projection to a light-field
US10545215B2 (en) 2017-09-13 2020-01-28 Google Llc 4D camera tracking and optical stabilization
US10965862B2 (en) 2018-01-18 2021-03-30 Google Llc Multi-camera navigation interface
KR102554417B1 (ko) 2018-06-18 2023-07-11 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102662032B1 (ko) * 2019-06-19 2024-05-03 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치
KR20220068034A (ko) 2020-11-18 2022-05-25 삼성전자주식회사 카메라 모듈 및 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치
KR20220144549A (ko) * 2021-04-20 2022-10-27 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11985435B2 (en) * 2022-06-08 2024-05-14 Omnivision Technologies, Inc. Compact camera incorporating microlens arrays for ultra-short distance imaging

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2959142B2 (ja) 1991-02-22 1999-10-06 ソニー株式会社 固体撮像装置
US6909554B2 (en) * 2000-12-27 2005-06-21 Finisar Corporation Wafer integration of micro-optics
JP2003332547A (ja) 2002-05-16 2003-11-21 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
JP4348118B2 (ja) 2003-06-04 2009-10-21 富士フイルム株式会社 固体撮像素子及び撮影装置
JP2005116939A (ja) * 2003-10-10 2005-04-28 Nikon Corp 固体撮像素子
US8018508B2 (en) * 2004-04-13 2011-09-13 Panasonic Corporation Light-collecting device and solid-state imaging apparatus
US7012754B2 (en) * 2004-06-02 2006-03-14 Micron Technology, Inc. Apparatus and method for manufacturing tilted microlenses
JP4796287B2 (ja) 2004-08-06 2011-10-19 パナソニック株式会社 固体撮像装置
US7292079B2 (en) * 2005-08-02 2007-11-06 Industrial Technology Research Institute DLL-based programmable clock generator using a threshold-trigger delay element circuit and a circular edge combiner
JP4967296B2 (ja) 2005-10-03 2012-07-04 株式会社ニコン 撮像素子、焦点検出装置、および、撮像システム
JP4915126B2 (ja) 2006-04-10 2012-04-11 株式会社ニコン 固体撮像装置、および電子カメラ
US7352511B2 (en) * 2006-04-24 2008-04-01 Micron Technology, Inc. Micro-lenses for imagers
JP2007335723A (ja) 2006-06-16 2007-12-27 Fujifilm Corp 固体撮像素子用マイクロレンズ及びその製造方法
JP4946294B2 (ja) 2006-09-14 2012-06-06 ソニー株式会社 撮像素子および撮像装置
US8319846B2 (en) * 2007-01-11 2012-11-27 Raytheon Company Video camera system using multiple image sensors
US7978255B2 (en) * 2007-10-11 2011-07-12 Nikon Corporation Solid-state image sensor and image-capturing device
JP5552214B2 (ja) * 2008-03-11 2014-07-16 キヤノン株式会社 焦点検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
US8102460B2 (en) 2012-01-24
CN102483510A (zh) 2012-05-30
JP4764958B2 (ja) 2011-09-07
EP2362257A4 (en) 2012-10-03
EP2362257A1 (en) 2011-08-31
US20110221947A1 (en) 2011-09-15
EP2362257B1 (en) 2016-08-17
JPWO2011061998A1 (ja) 2013-04-04
WO2011061998A1 (ja) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102483510B (zh) 固态成像装置
JP5538553B2 (ja) 固体撮像素子及び撮像装置
EP0576144B1 (en) Solid state image sensor and manufacturing method thereof
US7485906B2 (en) Colors only process to reduce package yield loss
CN207338378U (zh) 图像传感器
CN100562069C (zh) 设有聚光性微型透镜的固体拍摄装置及采用其的相机装置
US7301188B2 (en) CMOS image sensor and method of manufacturing the same
CN101490845B (zh) 固态图像捕获设备及其制造方法以及电子信息设备
CN101561520B (zh) 微透镜阵列及图像传感装置
JP2008005488A (ja) カメラモジュール
CN105280651B (zh) 图像传感器
CN105378926A (zh) 固态成像器件、固态成像器件的制造方法及电子装置
CN103081106A (zh) 图像传感器和摄像设备
US9093577B2 (en) Image sensor and image capture apparatus
JP2002165126A (ja) 撮像装置及び撮像システム、並びに撮像方法
CN104037183A (zh) 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
KR20070083785A (ko) 고체 촬상 장치 및 마스크 제작 방법
US7608866B2 (en) Solid-state image sensor with micro-lenses for anti-shading
CN104241306A (zh) 固态成像装置、其制造方法、照相机、成像器件和装置
US9467619B2 (en) Focus detection apparatus, electronic apparatus, manufacturing apparatus, and manufacturing method
JP2002280532A (ja) 固体撮像装置
JP2008153370A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP4224789B2 (ja) 撮像装置
CN101183663B (zh) 图像传感器及其制造方法
JPH04199874A (ja) 固体撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150415

Termination date: 20180930

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee