I.15Xn-0.38-0.0067473X ((η-1.2)2/0.42) Xa.) Xxl
[0302]---(6)
[0303]r=(((n-1.35)2/0.252) X23.157/(a繼-24.9 2 5 ) 0.46551
[0304]+44.5978-29Xn) Χχ1...(7)
[0305]公式(6)通过公式(4)的右边乘以xl而形成，公式(7)通过公式(5)的右边乘以xl而形成。这里，xl表示离校正透镜31的中心部分的距离(自成像平面的光轴中心至成像平面的边缘)。校正透镜31的半径“r”可通过使用以上述方式乘以xl的公式来计算。
[0306]现在参考图10，说明用于把角度“d”限制在10度绝对值或更小的校正透镜31的半径“r”的范围。
[0307]图10中曲线图示出了线m’和线η’。为了区别于图9所示的线m和线n，这些线由带撇号的字母表示。在线m’与线η’之间的区域内，校正透镜31的半径Y’满足下列条件:
[0308]"-1OSangle cK 10".
[0309]线m’满足下列公式(8):
[0310]r = 0.1733+1.7 Xn-0.02993X ((η-0.9)2) Xamax..-(8)
[0311]只要校正透镜31的半径“r”等于或大于根据公式(8)计算的值，角度“d”就为约10度绝对值或更小。为了把角度“d”限制在约10度绝对值或更小，半径“r”应当等于或大于根据公式(8)计算的值。此外，半径“r”优选等于或小于由线η’表示的值。
[0312]线η’满足下列公式(9):
[0313]r=((η-1.I)2/0.52) X9.2769/(a繼-19.206)0'3161
[0314]+9.94712-6.5Χη...(9)
[0315]只要校正透镜31的半径“r”等于或小于根据公式(9)计算的值，角度“d”就为约15度绝对值或更小。为了把角度“d”限制在约15度绝对值或更小，应当满足下列条件:
[0316]〃r<equat1n(9)"，
[0317]只要校正透镜31的半径“r”满足下列至少一个条件，
[0318]"equat1n(8)<r〃and〃r<equat1n(9)"，
[0319]从斜方向进入的光的行进方向就可通过校正透镜31进行转换，使得角度“d”可被限制在10度绝对值或更小。因此，进入成像器件10的光的量可增加，且灵敏度可变得更高。
[0320]更优选地，如果校正透镜31具有满足下列条件的半径“r”，
[0321 ] 〃equat1n(8)< r <equat1n(9)〃，
[0322]那么进入成像器件10的光的量可增加，且灵敏度可变得更高。
[0323]公式(8)和公式(9)为当自校正透镜31的中心至校正透镜31的边缘的距离xO为“I”时满足的公式。在自校正透镜31的中心至校正透镜31的边缘的距离xO可能不是“I”而可能是xl且xl被设定在任何值的情况下，公式(8)和公式(9)被分别转换为下列公式(10)和公式
(Il)0
[0324]r= (0.1733+1.7 Xn-0.02993 X ((n-0.9)2) Xamax) Xxl
[0325]---(1)
[0326]r=(((n-1.I)2/0.52) X9.2769/(a繼-19.206)。.3161
[0327]+9.94712-6.5Χη) Χχ1...(11)
[0328]公式(10)通过公式(8)的右边乘以xl而形成，公式(11)通过公式(9)的右边乘以xl而形成。这里，xl表示离校正透镜31的中心部分的距离。校正透镜31的半径“r”可通过使用以上述方式乘以xl的公式来计算。
[0329]〈球面校正透镜连接至成像器件〉
[0330]图11为连接至成像器件10上的校正透镜31的横截面视图。校正透镜31放置在成像器件10上，透明材料41置于它们之间。光电二极管14设置在成像器件10中，以及微透镜11设置在对应于光电二极管14的位置。光电二极管14以矩阵方式排列，以及微透镜11根据光电二极管14进行排列。
[0331]校正透镜31被设计成具有覆盖光电二极管14的这样一个尺寸。若包括微透镜11的上部且与透明材料41接触的平面为成像平面10a，则校正透镜31被设计成具有覆盖成像平面1a的这样一个尺寸，并放置在覆盖成像平面1a的这样一个位置。校正透镜31的半径为在上文参考图9和图10所述的范围内的半径“r”。
[0332]〈校正透镜的制造〉
[0333]此校正透镜31可通过例如如图12所示的制造方法来制造。在步骤SI中，形成金属铸模71。金属铸模71的上部71a为用于制造校正透镜31的部分，以及金属铸模71的下部71b为用于制造透明材料41(图11)部分的部分。
[0334]金属铸模71的上部71a的弯曲部分(上部71a的内侧)通过金属加工和电解抛光变成平滑弯曲表面。弯曲部分的曲线为形成具有校正透镜31的半径“r”的圆周的一部分的曲线，所述半径“r”满足以上公式(4)至公式(11)所示的条件。例如，在校正透镜31被设计成具有这样一个球面形状使得入射在成像平面1a上的光的角度为10度或更小的情况下，上部71a的内侧被设计成具有满足下列条件的形状。
[0335]〃equat1n(8)< r <equat1n(9)〃.
[0336]在步骤S2中，树脂材料72被注入金属铸模71，并热压成型。在步骤S3中，移除金属铸模71。在步骤S4中，成形校正透镜31利用粘合剂粘合至成像器件10上。连接可能不是利用粘合剂来执行而是可能通过加热来执行。
[0337]具有1.60折射率的光学聚碳酸酯可用作树脂材料72。此外，可使用除聚碳酸酯或玻璃材料以外的树脂材料取代树脂材料72。折射率取决于形成校正透镜31的材料。因此，在以上公式中的半径“r”和厚度“h”利用用作校正透镜31的材料的折射率来计算，以及金属铸模71根据这些值而形成。
[0338]如图13所示，在成像平面的末端的主光线的最大入射角“amax”被设定在25度，主光线的最大入射角“amax”在成像平面的四个角隅变得最大，以及每个角隅位于离成像平面的中心3mm处。校正透镜31的球形表面的半径“r”被设定在9mm以满足公式(5)。因此，入射在成像器件10上的主光线的角度“d”的绝对值为10度或更小，以及阴影特性得到极大地校正。在这种情况下，公式(4)也成立。
[0339]在上述实施例中，自成像平面的中心至成像平面的边缘的距离xO为I。因此，9mm的半径“r”相当于例如图9和图10中3(a.u.)的半径“r”。从图10可以看出，当半径“r”为3时，满足下列条件。
[0340]〃-10< angle cK 10"
[0341]当满足〃-10<angle cK 10〃时，灵敏度自0.6提高至0.95，如图2所示。同时，色差和颜色混合减少，且图像品质得到改良。
[0342]图14示出了在连接满足上述条件的校正透镜31的成像器件10中以及在未连接满足上述条件的校正透镜31的成像器件10中的灵敏度测定结果。虽然图14示出了阴影校正效果，但是通过将具有球面形状的校正透镜31连接至成像器件，主光线的入射角“d”被提高至6.5度最大入射角“amax”，并已被证明为1度或更小。
[0343]如上所述，根据本技术，校正透镜31的弯曲表面为球形表面，并使球形表面的半径“r”满足预定条件。因此，从斜方向进入的光可被转换为从几乎垂直方向进入的光，且光灵敏度可提高。
[0344]〈利用非球面形状的阴影校正〉
[0345]在上述实施例中，校正透镜31的弯曲表面具有例如球面形状。校正透镜31的弯曲表面并不限于球面形状。现在详细说明具有非球面形状的校正透镜31的弯曲表面的情况。
[0346]图15为图解，示出了在校正透镜31被设计成具有非球面形状的情况下校正透镜31的位置与角度“d”之间的关系，以及曲线图，示出了校正透镜31被设计成具有球面形状的情况。图15所示的各曲线图的横坐标轴表示相对于校正透镜31的中心的位置“X”，以及纵坐标轴表示行进光相对于校正透镜31内的垂直方向的角度“d”。
[0347]图15曲线图为示出最大入射角“amax”为25度的情况的曲线图，以及校正透镜31的折射率“η”为1.6。在图15曲线图中，曲线图a至曲线图1为示出使用具有球面形状的校正透镜31的情况的曲线图，以及曲线图j为示出使用具有非球面形状的校正透镜31的情况的曲线图。
[0348]在图15曲线图中，曲线图a为示出半径“r”为3.5/3的情况的曲线图，曲线图b为示出半径“r”为4.2/3的情况的曲线图，以及曲线图c为示出半径“r”为5/3的情况的曲线图。曲线图d为示出半径“r”为6/3的情况的曲线图，曲线图e为示出半径“r”为7/3的情况的曲线图，曲线图f为示出半径“r”为9/3的情况的曲线图，曲线图g为示出半径“r”为11/3的情况的曲线图，曲线图h为示出半径“r”为13/3的情况的曲线图，以及曲线图1为示出半径“r”为20/3的情况的曲线图。
[0349]曲线图j为示出使用具有非球面形状的校正透镜31的情况的曲线图，且也为示出使用具有满足下列公式(12)的弯曲表面的校正透镜31的情况的曲线图。
[0350]e=Arc Cos[Sqrt[n2-2XnXCos[a]+Cos[a]2]
[0351 ] / sqrt[n2-2 Xn XCos[a]+Cos[a]2+Sin[a]2]]
[0352]---(12)
[0353]在公式(12)中，“e”表示图4B所示的角度“e”。角度“e”为垂直于校正透镜31的弯曲表面的线与垂直于成像平面的线之间的角度。此外，在公式(12)中，“a”表示入射角“a”，“η”表示形成校正透镜31的材料的折射率。
[0354]图16为图解，示出了在最大入射角“amax”为25度，折射率“η”为16以及角度“e”根据公式(12)来计算且被转换为校正透镜31的厚度“h”(图5)的情况下校正透镜31的位置和厚度之间的关系。图16中，横坐标轴表示校正透镜31的位置，纵坐标轴表示厚度“h”。图16所示的曲线表示校正透镜31的右半横截面的形状。具有图16所示的曲线作为弯曲表面的回转体为校正透镜31。
[0355]在校正透镜31具有图16所示的曲线作为弯曲表面的情况下，得到图15所示的曲线图j。参考图15，在通过使用具有球面形状的校正透镜31得到的曲线图a至曲线图1中，没有角度“d”为O度的位置“X”，或只有一个位置“X”。若角度“d”为O度，则从斜方向进入的光的行进方向通过校正透镜31被改变，并得到垂直进入成像平面1a的光。因此，角度“d”为O度的位置“X”的数目越大越好。
[0356]通过使用具有非球面形状的校正透镜31得到的曲线图j表示在几乎所有位置都O度。即，通过使用具有非球面形状的校正透镜31，从斜方向进入的光被转换为在任何位置“X”几乎垂直进入成像平面的光。
[0357]这种具有非球面形状的校正透镜31可以与在制造具有球面形状的校正透镜31的情况下相同的方式来制造，如上参考图12所述。因此，本文中不再重复制造方法的详细说明。当在步骤SI中形成金属铸模时，金属铸模的上部7Ia的内弯曲表面根据公式(I2)来计算，以及图16所示的曲线绕成像平面的光轴的中心旋转，以形成弯曲表面。以此方式，可制造具有非球面形状的校正透镜31。
[0358]在步骤S4中，将成品校正透镜31连接至成像器件10上。在这一点上，与具有球面形状的校正透镜31相同，具有非球面形状的校正透镜31被设计成具有覆盖光电二极管14的这样一个尺寸，并放置在覆盖光电二极管14的这样一个位置，如上参考图3所述。
[0359]如上所述，通过使用具有非球面形状的校正透镜31，从斜方向进入的光被转换为从几乎垂直方向进入的光。因此，光灵敏度可提高。
[0360]在大量生产各具有非球面形状的校正透镜31的情况下，金属铸模71可被形成为使得由于大量生产相对于根据公式(12)计算的角度“e”的偏差在±5度范围之内，或更优选地在±2度范围之内，以达到充分效果。
[0361]〈通过具有伸缩式功能的校正透镜的阴影校正〉
[0362]如上所述，通过使用具有球面形状的校正透镜31或具有非球面形状的校正透镜31可提高灵敏度。特定地，这种校正透镜在不具有伸缩式功能的摄影机中是有效的。然而，在具有伸缩式功能的摄影机中，虽然主光线的斜入射在景深的最近端可得到校正，但是主光线在景深的最远端几乎垂直进入，即使在成像平面的边缘。因此，可能发生特性劣化。
[0363]接着，说明在具有伸缩式功能的摄影机中自最近端至最远端执行的阴影校正。在这种情况下，校正透镜31为形状可变透镜或可转换透镜，并连接至成像器件10上，使得可执行阴影校正。
[0364]在校正透镜31为形状可变透镜的情况下，例如，可使用图17所示的透镜。此校正透镜31可被分成透镜单元101和变换单元121，所述变换单元121改变透镜的形状。透镜单元101由透镜102和基座103形成，且基座103的侧表面连接至变换单元121的驱动单元122。
[0365]透镜102与基座103形成一体。透镜102和基座103由硅树脂透镜形成，所述硅树脂透镜由透明且弹性的材料(诸如硅树脂)制成。如图18所示，当操作驱动单元122时，硅树脂透镜的基座1 3部分被向外拉，透镜1 2的形状被改变。换言之，透镜单元1I的表面形状由拉应力控制。
[0366]在透镜102为具有球面形状的校正透镜31的情况下，当透镜102的形状变化时，半径“r”变化。在透镜102为具有非球面形状的校正透镜31的情况下，当透镜102的形状变化时，厚度“h”变化。操作驱动单元122，并改变透镜102的形状，使得半径“r”或厚度“h”在最近端和最远端都具有最佳值。
[0367]S卩，透镜102的表面的形状变为满足上述条件的形状，且可应付在最近端和最远端的伸缩情况。当透镜102的表面的形状以此方式改变时，自最近端至最远端的阴影校正也可在具有伸缩式功能的摄影机中执行。
[0368]在校正透镜31为形状可变透镜的情况下，透镜单元101被放置成使得透镜单元101位于成像器件10的成像平面1a上，如图19所示。透明材料(诸如玻璃131)设置在与成像平面1a接触的部分处，以及校正透镜31放置在成像器件10上。
[0369]校正透镜31利用粘合剂或通过加热连接至成像器件10上。
[0370]在校正透镜31为形状可变透镜或可转换透镜的情况下，可使用液体透镜。图20示出了作为校正透镜31的液体透镜151的结构。图20的上半部分示出了当未施加电压时液体透镜151在正常时的形状，以及下半部分示出了当施加电压时液体透镜151在电压施加时的形状。
[0371]液体透镜151由水溶液152和油153形成。当执行电压控制时，水溶液152和油153的两个层之间的接面的形状可改变，以改变透镜的形状。两种液体(它们为水溶液152和油153)及电极154包括在其中。当电压施加于电极154时，水溶液152向电极154移动，与油153接触的平面的形状改变。以此方式，接面形状可自由地改变。
[0372]在液体透镜151用作校正透镜31的情况下，液体透镜151也设置在成像器件10上，如图21A所示。液体透镜151中兼作透镜的部分放置在成像器件1的成像平面I Oa上。
[0373]待施加于电极154的电压的强度随伸缩情况变化而变化。在液体透镜151为具有球面形状的校正透镜31的情况下，当液体透镜151的接面形状变化时，半径“r”变化。在液体透镜151为具有非球面形状的校正透镜31的情况下，当液体透镜151的接面形状变化时，厚度“h”变化。待施加于电极154的电压被控制为使得半径“r”或厚度“h”在最近端和最远端具有最佳值。
[0374]S卩，液体透镜151的接面形状变为满足上述条件的形状，且可应付在最近端和最远端的伸缩情况。当液体透镜151的接面形状以此方式改变时，自最近端至最远端的阴影校正可在具有伸缩式功能的摄影机中执行。
[0375]在双层透镜(诸如液体透镜151)用作校正透镜31的情况下，应当考虑两个液体(水溶液152和油153)的折射率。这里，水溶液152的折射率为折射率η I，油153的折射率为折射率η20
[0376]从空气进入水溶液152的光的角度之间的关系如图21Β所示。具体地，在空气中主光线的入射角由“a”表示，在水溶液152中主光线的入射角由“a’”表示。这里，根据斯涅尔定律，满足下面所示的公式(13)。当主光线从空气进入水溶液152时形成的最大入射角amax，由下面所示的公式(14)表示。
[0377]a' =Arc Sin[Sin[a]/nl]…(13)
[0378]amax，=Arc Sin[Sin[amax]/nl]...(14)
[0379]因此，若在油153中主光线的入射角由d’表示，则角度d’和最大入射角amax，分别由下面所示的公式(15)和公式(16)表示，从图4B可以明显看出。
[0380]d' =Arc Sin[nl X Sin[b，+a，]/n2]_b，…(15)
[0381]dmax' =Arc Sin[nl X Sin[b，+amax，]/n2]_b，…(16)
[0382]参考图4B，公式(15)中(b’+a’)为(c’)，因此，公式(15)也可写成如下面所示的公式(15’)。同样，公式(16)也可写成如下面所示的公式(16’)。
[0383]d7 =ArcSin[nl XSintc7 ]/n2]-W ---(157 )
[0384]dmax7 =ArcSin[nl XSintcmax7 ]/n2-b7 ---(167 )
[0385]通过用n2/nl取代n，使公式(15’)和公式(16’)分别等同于公式(2)和公式(3)。
[0386]在油153中主光线的入射角d’为入射在成像平面1a上的主光线的入射角。因此，在具有球面形状的校正透镜31被用来执行阴影校正的情况下，“amax”被amax，取代，“η”为nl/n2，以及在下列条件下公式(16)成立。
[0387]〃equat1n(4)< r <equat1n(5)"
[0388]或
[0389]〃equat1n(8)< r <equat1n(9)〃.
[0390]在具有非球面形状的校正透镜31被用来执行阴影校正的情况下，“a”被a’取代，“η”为nl/n2，以及在由公式(12)表示的条件下公式(15)成立。
[0391 ]在液体透镜用作校正透镜31的情况下，校正透镜31可利用粘合剂或通过加热连接至成像器件10上。如上所述，液体透镜具有由水溶液152和油153形成的两层结构，且接面形状由电压控制。在形状控制下，在两层结构中具有更高折射率的油153侧上的形状被控制为满足上述条件。以此方式，执行阴影校正。
[0392 ]例如，水溶液152为水，水的折射率为η I = 1.33，油153的折射率为η2 = 1.6。如图13所示，最大入射角在成像平面的边缘被调整为25度。于是，主光线的最大入射角“amax”在成像平面的四个角隅变得最大，以及每个角隅位于离成像平面的中心3mm处。在这一点上，根据斯涅尔定律，在水中主光线的最大入射角ami为ami = 18.5。此外，“η”为η 1/η2 = 0.831。
[0393]在通过用amax，取代“amax”，具有球面形状的校正透镜31被设计成满足下列条件的情况下，
[0394]〃equat1n(8)< r <equat1n(9)〃，
[0395]其为用于执行阴影校正的条件，半径“r”为3.9mm。在这一点上，入射在成像平面10上的光的角度“e”的绝对值为10度或更小。因此，即使对从斜方向进入的光的灵敏度也可提尚O
[0396]如上所述，校正透镜31的透镜的表面或面间表面的形状改变，或所述改变被控制为满足上述条件。以此方式，在具有伸缩式功能的摄影机中，即使在最远端或最近端也可适当地执行阴影校正。
[0397]〈利用垂直谱的阴影校正〉
[0398]上述阴影校正功能也可适用于RGB光电二极管14或光电转换层垂直堆叠(垂直谱)的图像传感器，且校正透镜31的效果在这种垂直谱类型的成像器件中被认为更大。
[0399]图22为图解，用于比较在垂直谱类型的成像器件10中未执行阴影校正的情况与在垂直谱类型的成像器件10中执行阴影校正的情况。如图22所示，在成像器件10中，蓝(B)光电二极管14-1、绿(G)光电二极管14-2和红(R)光电二极管14-3按此顺序从上往下排列在垂直方向上。
[0400]图22所示的垂直谱类型的成像器件10通过形成B-HKG-PD和R-H)且然后形成晶体管和电极来制造，所述B-PD、G-ro和R-ro为堆叠在垂直方向上的光电二极管(PD)14，用于通过离子注入或磊晶生长使三基色色散在硅体中。
[0401]图23示意性示出了垂直谱类型的成像器件10。有机光电转换膜设置在成像器件10的上部中，以及由例如ITO形成的透明电极形成在有机光电转换膜上和有机光电转换膜下。有机光电转换膜置于透明电极之间。绿(G)信号从该层有机光电转换膜中提取。
[0402]该层有机光电转换膜等同于图22所示的绿(G)光电二极管14-2。虽然蓝光电二极管14-1为图22所示的成像器件10中的最上面光电二极管，但是绿光电转换区14-2为图23所示的结构中的最上面光电二极管。取决于什么样的方法被用作垂直谱，各个颜色的光电二极管14(光电转换区)的排列可变化。然而，无论什么排列，本技术都可使用。
[0403]硅基板设置在有机光电转换膜下，以及用于提取蓝(B)信号的光电二极管14-1和用于提取红(R)信号的光电二极管14-3堆叠在硅基板上。
[0404]在这种结构中，用于提取绿信号的有机光电转换膜位于与用于提取蓝信号和红信号的光电二极管14相距一定距离，因此，值得特别关注的是色差。然而，如下所述，利用校正透镜31，可防止色差和颜色混合特性，色差和颜色混合在垂直谱中特别麻烦。
[0405]垂直谱类型的成像器件10的结构并不限于上述结构，且根据本技术的校正透镜31可用在其他结构中。色差和颜色混合特性可通过使用校正透镜31来校正。
[0406]回到图22，在光电二极管14排列在垂直方向上的情况下，如图22A所示，从斜方向进入成像器件10的主光线可能不会到达红光电二极管14-3，除非使用校正透镜31并执行阴影校正。
[0407]换言之，在图22A所示的情况下，光电二极管14-1至光电二极管14-3的灵敏度彼此不同，且光电二极管14-3的灵敏度变得特别低。在这种情况下，可能会发生明显色差。
[0408]图22B示出了使用上述校正透镜31之一并执行阴影校正的的情况。从斜方向进入的光的行进方向通过校正透镜31被转换为几乎垂直进入成像平面的光。因此，光电二极管14-1至光电二极管14-3之间的灵敏度偏差变得更小，且光电二极管14-3可被防止灵敏度降低并被设计成吸收足够光。
[0409]换言之，利用校正透镜31，主光线的斜入射可得到校正，且即使在红(R)光电二极管14-3中，主光线也通过像素中心。因此，可吸收足够光，且校正效果变得更大。因此，可避免色差。此外，泄漏到相邻像素中的光的量变得更小，相应地，颜色混合也可减少。
[0410]具有非球面形状或球面形状的校正透镜31用在