图像拾取装置和图像拾取系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含非对称微透镜的图像拾取装置和图像拾取系统。
【背景技术】
[0002]日本专利公开N0.2009-109965和N0.2009-290157分别描述了在成像面中设置图像拾取像素和能够进行相位差检测的焦点检测像素的图像拾取装置。日本专利公开N0.2009-109965公开了用于焦点检测像素的微透镜的焦点比用于图像拾取像素的微透镜的焦点更接近微透镜的结构。日本专利公开N0.2009-290157公开了根据图像高度改变用于焦点检测像素的微透镜的位置和用于图像拾取像素的微透镜的位置的结构。
[0003]日本专利公开N0.2009-086144公开了形成一组像素的像素具有不同形状的各微透镜的结构。然后，通过比较来自这些像素的输出执行焦点检测。
[0004]日本专利公开N0.2009-109965和日本专利公开N0.2009-290157分别陈述了可在包含设置在成像面中的焦点检测像素和图像拾取像素的图像拾取装置中提高焦点检测精度。但是，还没有进行足够的研究以同时提高基于相位差检测的焦点检测精度和图像拾取性能。术语“图像拾取性能”指的是例如对倾斜入射光的灵敏度或减少源自不同颜色的相邻像素信号的颜色的混合的能力。日本专利公开N0.2009-086144陈述了能够不需要光路分离单元。但是，也还没有进行足够的研究以同时提高焦点检测精度和图像拾取性能。
【发明内容】
[0005]鉴于上述的问题，本发明提供一种具有能够在成像面中进行相位差检测的像素并且可同时改善焦点检测精度和图像拾取性能的图像拾取装置。
[0006]根据本发明的一个方面的图像拾取装置包括具有二维布置的多个像素的像素区域，多个像素包含多个图像拾取像素和多个焦点检测像素，焦点检测像素分别被配置为输出基于相位差检测的用于焦点检测的信号；被布置为与相应的图像拾取像素的相应的光电转换单元对应的多个微透镜；和被布置为与相应的焦点检测像素的相应的光电转换单元对应的多个微透镜。多个微透镜中的至少一个是顶点位置离开其在平面图中的中心位置的不对称微透镜。
[0007]将参照附图阅读实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。以下描述的本发明的实施例中的每一个可被单独地实现，或者，在必要的情况下或者在在单个实施例中组合来自各单个实施例的要素或特征有益的情况下，实现为多个实施例或其特征的组合。
【附图说明】
[0008]图1是适用于本发明的图像拾取系统的一般框图。
[0009]图2是适用于本发明的图像拾取装置的一般框图。
[0010]图3A是适用于本发明的图像拾取装置的像素区域的顶视图，图3B是配置于像素区域中的像素的顶视图，图3C示出图3B的截面图。
[0011]图4A是适用于本发明的图像拾取装置的像素区域的顶视图，图4B是像素区域中的像素的顶视图，图4C示出图4B的截面图。
[0012]图5是适用于本发明的像素电路的等价电路图。
[0013]图6是适用于本发明的像素电路的等价电路图。
[0014]图7A和图7B分别示出具有比较例的对称微透镜的像素。
[0015]图8A和图8B分别示出具有比较例的对称微透镜的像素。
[0016]图9A是根据本发明的实施例的不对称微透镜的顶视图，图9B和图9C是图9A中的不对称微透镜的截面图。
[0017]图10A?10D比较根据本发明的实施例的不对称微透镜与现有技术的对称微透镜。
[0018]图11A是包含根据本发明的实施例的不对称微透镜的图像拾取装置的顶视图，图11B?11D示出图11A中的目标像素的截面结构。
[0019]图12A和图12C分别是具有不对称微透镜的像素的顶视图，图12B是图12A的截面图。
[0020]图13A和图13B分别是实施例1的图像拾取装置中的像素的顶视图和截面图。
[0021]图14A和图14B示出实施例1的图像拾取装置中的其它像素。
[0022]图15A和图15B分别是比较例的图像拾取装置的像素的顶视图和截面图。
[0023]图16表示实施例1和比较例的光学特性。
[0024]图17A和图17B分别是实施例2的图像拾取装置中的像素的顶视图和截面图，图17C和图17D分别是比较例的图像拾取装置的像素的顶视图和截面图。
[0025]图18表示实施例2和比较例的光学特性。
[0026]图19A是实施例3的图像拾取装置中的像素的顶视图，图19B和图19C是图19A的截面图。
[0027]图20是实施例3的图像拾取装置的顶视图，图20B?20D分别提供图20A中的像素的顶视图和截面图。
[0028]图21A是实施例4的图像拾取装置中的像素的顶视图，图21B和图21C是图21A的截面图。
[0029]图22A是实施例4的图像拾取装置的顶视图，图22B?22D分别提供图22A中的像素的顶视图和截面图。
[0030]图23A是实施例5的图像拾取装置中的像素区域的顶视图，图23B和图23C分别是图23A中的像素的顶视图。
[0031]图24A是实施例6的图像拾取装置中的像素区域的顶视图，图24B是图24A的截面图。
[0032]图25A和图25B分别提供实施例7的图像拾取装置中的像素的顶视图和截面图。
[0033]图26A是实施例7的图像拾取装置的顶视图，图26B和图26C分别是图26A中的像素的截面图。
【具体实施方式】
[0034]将参照图1和图2描述根据本发明的实施例的图像拾取系统和图像拾取装置。
[0035]图1是图像拾取系统的框图。图像拾取系统100包括图像拾取透镜101、图像拾取装置102、透镜控制器103、图像拾取装置控制器104、图像处理单元105、孔径/快门控制器106、中央处理单元(CPU) 107、显示单元108、操作开关109和记录单元110。
[0036]本实施例的图像拾取装置102能够基于成像面中的相位差进行焦点检测。现在将描述焦点检测动作。
[0037]来自被照体的光穿过图像拾取透镜101并且被收集到图像拾取装置102上。图像拾取装置102将通过图像拾取透镜101入射的光转换成电信号、对电信号执行预定处理并且将得到的信号输出到CPU 107。
[0038]图像拾取装置102的动作根据来自图像拾取装置控制器104的控制信号被控制。图像拾取装置控制器104从图像拾取装置102接收相位差检测信号等，并且，向CPU 107传送图像信号和指示对焦状态的信号。另外，图像拾取装置控制器104向图像拾取装置102传送用于切换图像拾取装置102的驱动模式的控制信号。在接收到来自图像拾取装置控制器104的信号时，CPU 107向透镜控制器103传送指示对焦状态的信号。响应来自CPU 107的信号，透镜控制器103驱动图像拾取透镜101。该动作使得能够调整图像拾取装置102的对焦状态。
[0039]CPU 107向图像处理单元105传送从图像拾取装置102输出的图像信号。通过图像处理单元105处理的图像信号通过显示单元108被显示并且记录于记录单元110中。操作开关109被提供给用户以根据被照体等改变图像拾取系统100的图像拾取动作。孔径/快门控制器106接收来自CPU 107的信号，并且，控制孔径和/或机械快门的打开和关闭状态，使得曝光量适于被照体的亮度。
[0040]现在将参照图2描述图像拾取装置102。
[0041]在像素区域201中二维布置多个像素。沿图中的上下方向配置成列的多个像素形成像素列，并且，沿与像素列正交的方向配置的多个像素形成像素行。响应来自垂直扫描电路202的控制脉冲，各像素行的信号被基本上同时输出到多个相应的信号输出线。在被输出到信号输出线之后，各像素行的信号被输入到列电路203。列电路203执行以下动作中的至少一个:信号保持、放大、去噪声和模数转换。然后，响应来自水平扫描电路204的控制脉冲，各像素行的信号被依次输出到水平输出线、穿过输出单元205和输出焊盘206并被输出到图像拾取装置102的外面。在本实施例中，列电路203、水平扫描电路204、输出单元205和输出焊盘206被配置于像素区域201之上和之下。配置于像素区域201之上和之下的部件中的每一个动作以任意地从像素区域201的偶数或奇数列向图像拾取装置102的外面输出信号。图像拾取信号和相位差检测信号(后面描述)均穿过上述部件中的每一个并且被输出到图像拾取装置102的外面。
[0042]现在参照图3A?3C和图4A?4C描述焦点检测像素的结构。在图3A?3C中，在平面图中，各像素的光电转换单元具有将光电转换单元的一部分遮光的遮光部件。在图4A?4C中，各像素包含多个光电转换单元，并且，来自多个光电转换单元的信号可被独立地读出。
[0043]图3A是像素区域300的平面图，图3B是配置于像素区域300中的焦点检测像素的平面图，图3C示出沿图3B的线IIIC-1IIC切取的截面图。
[0044]在像素区域300中配置焦点检测像素301A和301B和图像拾取像素。焦点检测像素301A在图中的其左侧具有孔径。S卩，焦点检测像素301A在图中的其右侧具有遮光部件302。焦点检测像素301B在图中的其右侧具有孔径，并且，在图中的其左侧具有遮光部件302。
[0045]虽然在本实施例中遮光部件302由单个层形成，但遮光部件302可由多个层或者由布线形成。
[0046]光电转换单元由包含N型半导体区域303和P型半导体区域304的光电二极管形成。光电转换单元可以是N型半导体区域303在其前侧具有P型半导体区域的嵌入光电二极管。
[0047]为了遮光部件302与布线307a之间以及布线307a与布线307b之间的电气绝缘，设置层间绝缘膜305。在最上面的布线307b上设置预定层308。预定层308由平坦化膜、滤色器层和保护层等中的至少一个形成。在预定层308上设置微透镜309。
[0048]图像拾取像素除了不包含遮光部件302以外具有与焦点检测像素相同的结构。为了与其它像素结构区分，以下，诸如上述的焦点检测像素将被称为包含遮光部件的焦点检测像素。分别包含遮光部件的多个焦点检测像素包含一组的多对的光瞳分割的焦点检测像素。根据从一组的多对的光瞳分割的焦点检测像素输出的信号，执行基于相位差检测的焦点检测。遮光部件302被设置为接收穿过包含图像拾取