专利名称：像素阵列上的非对称微透镜的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及跨越图像传感器的光敏部位(site)的微透镜领 域，更具体地，本发明涉及跨越光敏部位的非对称微透镜，所述光敏 部位以基本一致的方式捕获入射光。
背景技术：
参考图1,图像传感器10通常包括像素20,所述像素20具有用 于捕获入射光的光敏区域或光电二极管30以及与光敏区域相邻的用 于处理的相关联的电路40等。在一些情况下，图像传感器10的像素 20被非对称地排列，以在容纳相关联的电路40的同时最大化Y象素的 性能。然而，在这种情况下，像素20的其中四个通常形成规则的网 格图案，从而形成超晶格(supercell) 50。参考图2,微透镜60被定 位成跨越像素20的"光敏部分"并且在空间上位于该"光敏部分" 中心的上方。参考图3,可替换地，微透镜65可被定位成跨越整个"像 素"并且位于整个"像素"中心的上方，从而产生规则的微透镜阵列。
虽然如图2中的微透镜60的现有技术的排列是符合要求的，但 它仍有缺点微透镜60是像素的区域的一小部分，并且因此光电二 极管30捕获入射光的一小部分。
更进一步，虽然微透镜65在非对称定位的像素上的现有技术的 排列(如图3)是符合要求的，但它们仍有缺点。参考图4,只要光 电二极管30相对于诸如位于像素中心的微透镜60是对称的，那么随 着入射光角度的增加，所有像素的性能就会以相同的方式降低。如图 5所示，以某些角度穿过微透镜65的光(虛线所示)并没有被引导到 光电二极管30上，从而当光电二极管30不是与微透镜对称排列时导 致所捕获图像的不希望有的退化。
因此，就存在着改进光在非对称定位的像素上的聚焦的需求。
发明内容
本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。总体上，根据本发明
的一个方面，本发明在于一种图像传感器，包括(a)多个光敏部位； (b)多个形状非对称的微透镜，被定位成跨越光敏部位；其中入射 光被形状非对称的微透镜的非对称表面沿着预定的方向引导到用于以 基本一致的方式捕获光的光敏部位上。
参考附图，根据下面的优选实施例的详细描述和随附的权利要 求，将会更加清楚明确地理解本发明的这些以及其他方面、目的、特 征和优势。
本发明的有益效果
本发明的优势在于增加了像素阵列的聚光能力以及消除了照明 的入射角被改变或变化时出现的伪像。本发明的优势还包括对像素空 间的高效利用而言允许有更大的设计自由。
图1是现有技术像素阵列的顶视图，其中孔非对称地排列；
图2是图1的顶视图，其中微透镜跨越像素阵列的光电二极管并
且位于光电二极管中心的上方；
图3是图1的顶视图，其中微透镜跨越阵列中的像素并且位于像
素中心的上方；
图4是现有技术像素阵列的侧视图，其中光电二极管和微透镜对 称排列；
图5是现有技术像素阵列的侧视图，其中微透镜对称而光电二极 管非对称排列；
图6是本发明的像素阵列的侧视图，其中光电二极管非对称排列 并且微透镜非对称排列(每个微透镜的光轴与光电二极管的中心最 准)；
图7是图6的顶视图；以及
图8是本发明的图6的可替换的实施例的顶视图。
具体实施例方式
参考图6和7,示出了具有本发明的多个微透镜或微透镜阵列80 的图像传感器70的侧视图和顶视图，所述多个微透镜或微透镜阵列80 分别跨越多个像素90,其中每个像素都具有光敏区域或光电二极管
100。如上所述，像素90是非对称排列的。然而，应该注意到像素被 编组在一起，以便形成超晶格110的阵列。应该注意到，为筒便起见， 在图6和7中仅示出了两个超晶格110a和110b，每个超晶格都包括 两个像素。为完整起见，应该注意到光每文区域100 -皮沿着硅衬底的顶 部放置，如现有技术中所公知的。像素90被如此排列，以便刻意使 它们包含非对称排列的光敏区域100。微透镜130的光学表面120被 非对称地构形。现有技术的微透镜(60和65)基本上被构形成是半 球形的。如在图6中可以更清楚地看到的，本发明的微透镜130基本 上是被截断的半球，这允许非对称的排列。换句话说，每个微透镜130 都包括沿周边基本上构形为弓形的部分并且包括沿剩余边基本上彼此 垂直的基本呈直边的部分。为清楚起见，应该注意到，与现有技术的 微透镜(60和65)相比，本发明的微透镜130已经被沿一个或多个 边修整过。这使得微透镜130的光轴与光电二极管100对准。仅参考 图7，注意在包含超晶格110的两个像素内，微透镜130彼此邻接， 以便每个单独的微透镜(130a、 130b、 130c和130d)相对于超晶格110 的虚y轴是对称的，但是如上所述在任何单独的像素90内仍不对称。 换句话说，每一两个像素的超晶格110都包括跨越超晶格110且两个 一组的形状非对称的微透镜130,并且一对直边部分(每个微透镜都 有这一对中的一个直边部分)被如此定位，以Y吏得由这两个微透4竟形 成的周边部分是两个弓形边和两个直边。
上述的像素阵列作用是这样的，使得穿过微透镜130的入射光被 基本上一致地(即从像素到像素是一致的)引导到光电二极管100上， 如实线和虛线所示，即使当光电二极管间的间隔(即距离)不恒定或 是变化的也是如此。换句话说，光是基本一致地分布在光电二极管100 上，而不管它是超晶格内的哪个像素，其中基本上直接从上面穿过的 光被基本一致地引导到光电二极管100的一部分上，而以角度穿过微 透镜130的光被基本一致地引导到光电二极管100的各部分上。
如图8所示，示出了超晶格110排列的可替换的实施例。在这个 实施例中，有四个像素90关于虛x轴和y轴对称。
参考图9，示出了包含本发明的图像传感器70的数字照相机140 的侧;f见图，以用于图示典型的商业实施例。
已经参考优选实施例描述了本发明。然而，将会理解的是在不脱
离本发明的范围的前提下，本领域的普通技术人员可以实现各种修改 和变更。
部件列表
10图像传感器
20像素
30光敏区域或光电二极管
40 相关联的电路
50形成超晶格的规则网格图案
60以光电二极管为中心的微透镜
65以像素为中心的微透镜
70图像传感器
80微透镜阵列
90多个4象素
100光敏区域或光电二极管
110像素的超晶格
110a超晶格
110b超晶格
120微透镜的光学表面
130微透镜
130a微透镜
130b微透镜
130c孩i透镜
130d微透镜
140数字照相机
权利要求
1.一种图像传感器，包括(a)多个光敏部位；以及(b)多个形状非对称的微透镜，被定位成跨越所述光敏部位；其中入射光被形状非对称的微透镜的非对称表面沿预定的方向引导到用于以基本一致的方式捕获光的光敏部位上。
2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光敏部位之间的 距离不恒定。
3. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光敏部位被排列 成组，每组都形成具有规则网格图案的超晶格。
4. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述光敏部位被排列 成组，每组都形成具有规则网格图案的超晶格。
5. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中非对称形状包括沿周 边的构形为基本上弓形的部分并且包括沿剩余边基本上彼此垂直定位 的两个基本上呈直边的部分。
6. 根据权利要求3所述的图像传感器，其中非对称形状包括沿周边的构形为基本上弓形的部分并且包括沿剩余边基本上彼此垂直定位 的两个基本上呈直边的部分。
7. 根据权利要求5所述的图像传感器，其中四个形状非对称的微 透镜被编组以跨越超晶格，并且一对直边部分-每个微透镜有一个直 边部分-被面向〗皮此定位，以使得由这四个孩i透镜形成的周边部分是 四个弓形边。
8. 根据权利要求5所述的图像传感器，其中两个形状非对称的微 透镜被编组以跨越超晶格，并且一对直边部分-每个微透镜有一个直 边部分-被如此定位，以使得由这两个微透镜形成的周边部分是两个 弓形边和两个直线边。
9. 一种数字照相机，包括； 图像传感器，所述图像传感器包括(a) 多个光敏部位；以及(b) 多个形状非对称的微透镜，被定位成跨越所述光敏部位； 其中入射光被形状非对称的微透镜的非对称表面沿预定的方向引导到 用于以基本一致的方式捕获光的光敏部位上。
10. 根据权利要求9所述的数字照相机，其中所述光敏部位之间 的距离不恒定。
11. 根据权利要求9所述的数字照相机，其中所述光敏部位被排列成组，每组都形成具有规则网格图案的超晶格。
12. 根据权利要求10所述的数字照相机，其中所述光敏部位被排 列成组，每组都形成具有规则网格图案的超晶格。
13. 根据权利要求9所述的数字照相机，其中非对称形状包括沿 周边的构形为基本上弓形的部分并且包括沿剩余边基本上彼此垂直定 位的两个基本上呈直边的部分。
14. 根据权利要求11所述的数字照相机，其中非对称形状包括沿位的两个基本上呈直边的部分。
15. 根据权利要求13所述的数字照相机，其中四个形状非对称的 微透镜被编组以跨越超晶格，并且一对直边部分-每个微透镜有一个 直边部分_被面向彼此定位，以使得由这四个微透镜形成的周边部分 是四个弓形的边。
16. 根据权利要求13所述的数字照相机，其中两个形状非对称的 微透镜被编组，以跨越超晶格，并且一对直边部分-每个微透镜有一 个直边部分-被如此定位，以使得由这两个微透镜形成的周边部分是 两个弓形边和两个直边。
全文摘要
一种图像传感器，包括多个光敏部位(100)；多个形状非对称的微透镜(130)，被定位成跨越光敏部位(100)；其中入射光被形状非对称的微透镜(120)的非对称表面沿预定的方向引导到用于以基本一致的方式捕获光的光敏部位(100)上。
文档编号H01L31/0232GK101189731SQ200680019420
公开日2008年5月28日 申请日期2006年5月26日 优先权日2005年6月1日
发明者R·D·麦格拉思, R·W·沃克 申请人:伊斯曼柯达公司