专利名称：固态成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够进行相差方法的自动聚焦检测和捕捉视差图像以用于立体镜检查的固态成像装置。
背景技术：
在专利文献I和2中公开了除了被摄体图像的成像之外能够进行相差方法的自动聚焦检测(在下文中被称作相差AF)的固态成像装置。用于相差AF的固态成像装置具有每一个具有光电二极管(在下文中被称作ro)的像素(在下文中被称作相差检测像素)。ro对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选择性。在相差检测像素中，将光会聚到ro中的微透镜的光轴和通过覆盖ro的光屏蔽膜形成的开口的中心在向右或者向左方向上移位。在相差AF的固态成像装置中，相差检测像素在成像表面中以预定图案被布置。在相差AF的固态成像装置中，当通过成像光学系统在成像表面上形成的被摄体图像离焦时，在使用具有向右方向的选择性的各个相差检测像素产生的图像和使用具有向左方向的选择性的各个相差检测像素产生的图像之间存在位置移位。从位置移位量获得成像光学系统的散焦量，并且成像光学系统移动。因此，相差方法的自动聚焦得以执行。近来，已经提出了仅仅具有被布置在成像表面中的相差检测像素的固态成像装置。在该固态成像装置中，使用具有向右方向的选择性的各个相差检测像素产生右眼图像(R视点图像)。使用具有向左方向的选择性的各个相差检测像素产生左眼图像(L视点图像)。由此，获得了引起双眼视差的一对R和L视点图像(在下文中被称作视差图像)。通常，为了捕捉视差图像，有必要使用相互平行地部署的两对拍摄透镜和固态成像装置。另一方面，以上配置的固态成像装置仅仅需要一对拍摄透镜和固态成像装置。因此，利用简单的配置捕捉到视差图像。现有技术文献专利文献专利文献1:专利公开公报N0.59-33409专利文献2:专利公开公报N0.2000-15682
发明内容
本发明要解决的问题当通过移位光屏蔽膜的开口形成相差检测像素时，需要根据移位量减小开口的面积。因此，与其中微透镜的光轴与光屏蔽膜的开口的中心一致的正常像素相比较，减小了相差检测像素的敏感性。存在另一种类型的相差检测像素，其中微透镜的光轴相对于ro的光接收表面的中心移位。在此情形中，减小了微透镜的直径以便防止光入射到相邻像素上。这种配置也以类似的方式减小了相差检测像素的敏感性。因此有必要在具有相差检测像素的固态成像装置中改进相差检测像素的敏感性。
本发明的一个目的在于提供一种具有带有改进的敏感性的相差检测像素的固态成像装置。用于解决所述问题的手段为了实现以上和其它目的，一种固态成像装置包括像素集合、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数)个像素和微透镜。各个像素具有用于根据入射光积聚电荷的光电转换器。微透镜将光会聚到各个像素中。各个像素布置在具有大致
I:2的高度和宽度比率的矩形区域中，使得各个光电转换器关于矩形区域在宽度方向上的中心是线对称的或者旋转对称的。微透镜被如此部署，使得微透镜的光轴基本与矩形区域的中心一致。微透镜的尺寸大于矩形区域在高度方向上的长度并且小于或者等于矩形区域在宽度方向上的长度。像素行由在宽度方向上布置的像素集合构成。像素行在成像表面中在高度方向上布置。相邻像素行在宽度方向上相互移位矩形区域的一半。微透镜延伸出矩形区域的部分与在相邻像素行中的两个相邻像素集合的两个微透镜之间的空间重叠。优选的是，像素行在成像表面的水平方向上延伸并且微透镜在45度倾斜方向上布置。像素集合具有滤色器。优选的是，滤色器以类似于微透镜的方式在成像表面中在45度倾斜方向上彼此相邻地被布置。滤色器包括用于透射红色光的红色滤色器、用于透射绿色光的绿色滤色器，和用于透射蓝色光的蓝色滤色器。第一滤色器集合由在45度倾斜方向上彼此相邻地布置的两个绿色滤色器和在45度倾斜方向上彼此相邻地布置的、与绿色滤色器邻近的两个红色滤色器构成。其中红色滤色器被蓝色滤色器替代的第一滤色器集合构成第二滤色器集合。优选的是，第一和第二滤色器集合在成像表面中以棋盘式图案被布置。优选的是，滤色器具有旋转大致45度的正方形形状，并且正方形形状的对角线大致等同于矩形区域在宽度方向上的长度，并且滤色器的中心与微透镜的光轴一致。优选的是，当N为二时各个像素具有正方形形状，并且像素在成像表面中以单纯正方形栅格图案在水平和垂直方向上彼此相邻地被布置。像素行可以在成像表面的45度倾斜方向上延伸，并且微透镜可以在水平和垂直方向上彼此相邻地布置。在此情形中，当N为2时，优选的是，两个正方形像素在45度倾斜方向上彼此相邻地布置。优选的是，在像素集合中的所述各个像素的光电转换器或者所述各个像素的光屏蔽膜的开口靠近微透镜的中心地移位。优选的是，当N为3到5时像素行在矩形区域的宽度方向上延伸。当该N个像素是第一到第五像素时，第一像素被部署在矩形区域的中间。第二和第三像素在第一像素的右侧上被布置在顶部和底部两行中。优选的是，第四和第五像素在第一像素的左侧上被布置在顶部和底部两行中。优选的是，微透镜具有直径为V 2A的基本半球形形状，其中矩形区域在高度方向上的长度为A。微透镜可以具有带有基本正方形外形的凸形表面。微透镜可以具有半椭圆形形状，其长轴的长度基本等于像素集合在宽度方向上的长度。本发明的效果根据本发明，一个微透镜被设置成覆盖像素。各个像素被用作相差检测像素。微透镜的直径或者最大宽度大于在高度方向上设置有相应的像素的光电转换器的矩形区域的长度。像素集合被布置成构成成像表面，使得微透镜延伸出该区域的部分与在相邻像素行中彼此面对的两个像素集合的微透镜之间的空间重叠。由此，与通过移位光屏蔽膜的开口形成的相差检测像素相比较，增加了微透镜的直径。因此，增加了为相差检测像素的像素的敏感性。
图1是概略地图示CXD图像传感器的截面结构的解释性视图。图2是图示成像表面的配置的解释性视图。图3是图示像素集合的配置的解释性视图。图4是图示像素的滤色器的布置的解释性视图。图5是通过实例图示滤色器的另一个布置的解释性视图。图6是图示其中相应的H)的位置朝向滤色器的中心和微透镜的中心移位的布置的解释性视图。图7是其中使用正方形微透镜的实例的解释性视图。图8是其中使用半椭圆形微透镜的实例的解释性视图。图9是图示其中像素在45度倾斜方向上被布置并且微透镜和滤色器以单纯正方形栅格图案被布置的实例的解释性视图。图10是其中滤色器以Bayer图案被布置的实例的解释性视图。图11是其中相应的H)的位置朝向滤色器和微透镜在左右方向上的中心线移位的实例的解释性视图。图12是具有三个像素的像素集合的一个实例的解释性视图。图13是具有四个像素的像素集合的一个实例的解释性视图。图14是具有五个像素的像素集合的一个实例的解释性视图。图15是具有五个不同尺寸的像素的像素集合的一个实例的解释性视图。图16是其中挡板被设置在光瞳位置中的实例的解释性视图。图17是图示挡板的配置的解释性视图。图18是图示背光照明式固态成像装置的像素集合的配置的解释性视图。图19是通过实例图示在图17的固态成像装置上入射的光的解释性视图。
具体实施例方式如在图1和2中所示，是固态成像装置的CXD图像传感器10设置有像素集合16。每一个像素集合16由两个像素即带有相应的光电二极管(PD) 11的第一和第二像素12和
13、微透镜14和滤色器15构成。PDll是将入射光转换成电荷并且积聚电荷的光电转换器。像素12和13在水平方向上并排地布置。微透镜14被部署成对应于像素12和13。微透镜14将光会聚到像素12和13中。滤色器15被部署在像素12和13与微透镜14之间。滤色器15在被微透镜14会聚的光中仅仅向像素12和13中的相应一个透射特定颜色(波长)的光。像素12和13具有相同尺寸的正方形形状并且被如此布置，使得它们的相应的边在成像表面20中相互接触(见图2)。roil具有正方形形状。roil的中心与像素12和13相应的中心一致。像素集合16在半导体基板之上的区域17具有带有大致1:2的高度和宽度比率的矩形形状。像素12和13中的各个的roil关于区域17在宽度(纵向)方向上的中心是线对称的。注意，更加精确地，PDIi的形状指的是roll通过光屏蔽膜的开口暴露的部分的形状。微透镜14具有半球形形状。微透镜14被如此部署，使得它的光轴与在像素12和13之间的中点即区域17的中心一致。微透镜14可以由通过将各个传统微透镜移动A/2而被组合到一起并且被放大的两个传统微透镜构成。这里，A表示区域17在高度方向(垂直于纵向方向的方向)上的长度。注意，传统微透镜指的是带有与I3Dll的中心一致的光轴并且具有大致等同于对应的像素的区域的直径的微透镜。正方形滤色器(滤色器部)15被旋转45度并且被如此部署，使得滤色器15的中心与微透镜14的光轴一致。滤色器15的对角线的长度为2A，S卩，区域17在宽度方向上的长度。微透镜14具有滤色器15的内切圆的尺寸。这些尺寸是允许像素集合16被彼此相邻地布置的、用于微透镜14和滤色器15的最大尺寸。当滤色器15具有正方形形状时，每一边的长度B是V 2A，并且滤色器15的面积是2A2。S卩，滤色器15的面积是像素12和13中的每一个的面积的两倍。滤色器15的每一边的长度B等同于微透镜14的直径。相应地，微透镜14的外圆(带有直径B的圆)的面积是πΑ2/2。带有直径A的传统微透镜的外圆的面积是πΑ2/4。因此，像素集合16的微透镜14的外圆的面积是传统微透镜的外圆的面积的两倍。在CXD图像传感器10中，像素集合16在宽度方向上被部署使得像素集合16的区域17的宽度方向(纵向方向)与水平方向平行。由此，像素集合16构成像素行18。如在图2和3中所示，在CCD图像传感器10中，像素行18在在区域17的高度方向(垂直方向)上被布置。相邻像素行18之一从另一个移位区域17的半间距以防止相同类型(第一像素12或者第二像素13)的像素彼此相邻。在CXD图像传感器10中，如此布置的像素行18构成用于对于被摄体成像的矩形成像表面20。注意，图2图示由例如以3X6被布置的18个像素集合16构成的成像表面
20。实际上，如众所周知地，成像表面20由多个像素集合16构成。当像素行18在高度方向上被布置时，像素12和13以像素12和13在水平和垂直方向上彼此相邻的单纯正方形栅格图案被布置。类似于像素以所谓的蜂窝图案被布置的情形，微透镜14在45度倾斜方向上彼此相邻地布置并且滤色器15在45度倾斜方向上彼此相邻地布置。这里，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度倾斜方向是相对于成像表面20的左右方向以45度倾斜的方向。相邻像素行18在水平方向上相互移位了区域17的半间距，即一个像素。由此，微透镜14在向上或者向下方向上延伸出区域17的部分与在相邻像素行18中的面对彼此的两个像素集合16的微透镜14之间的空间重叠。滤色器15在向上或者向下方向上延伸出区域17的部分与在相邻像素行18中的面对彼此的两个像素集合16的滤色器15之间的空间重叠。由此，在CXD图像传感器10中，在水平和垂直方向上不带任何间隙地布置像素12和13。在45度倾斜方向上不带任何间隙地形成微透镜14和滤色器15。像素集合16对于在像素12和13中的每一个上入射的光的入射角具有选择性。更加具体地，从向右方向在微透镜14上入射的光难以在相对于微透镜14的光轴位于右侧上的第一像素12上入射。从向左方向在微透镜14上入射的光难以在相对于微透镜14的光轴位于左侧上的第二像素13上入射。因此，左眼图像(L-视点图像)在第一像素12上入射。右眼图像(R-视点图像)在第二像素13上入射。各个像素集合16使用一个微透镜14。微透镜14被如此部署，使得它的光轴相对于像素12的roii的中心在一个方向上并且相对于像素13的roii的中心在与该一个方向相反的另一个方向上移位。由此，像素12和13功能用作相差检测像素。更加精确地，当微透镜14的焦距基本与在微透镜14和光屏蔽膜的开口之间的距离LI相同时，上述左右关系得以维持。光屏蔽膜的开口确定roil的光入射区域。注意，微透镜14的焦距被设为距离LI以便将入射光会聚到开口中。当在诸如数字照相机的图像记录装置中使用CXD图像传感器10时，左眼图像和右眼图像在左右方向上根据在CCD图像传感器10上形成被摄体图像的拍摄透镜的聚焦状态相互移位。左眼图像由来自成像表面20中的第一像素12的图像信号构成。右眼图像由来自成像表面20中的第二像素13的图像信号构成。通过在由来自第一像素12的图像信号构成的图像和由来自第二像素13的图像信号构成的图像之间的移位量和方向的检测而检测拍摄透镜的聚焦状态。由此，CXD图像传感器10通过使用使用第一像素12产生的左眼图像和使用第二像素13产生的右眼图像而执行相差AF。通过使用第一像素12和第二像素13，(XD图像传感器10还能够获得引起双眼视差的一对图像，即，所谓的单眼3D成像。(XD图像传感器10在η型半导体基板30之上形成。η型半导体基板30设置有垂直转移路径(VCXD) 31和元件隔离器32。垂直转移路径(VCXD) 31在垂直方向上转移由PDll积聚的电荷。元件隔离器32将像素12和13相互隔离以便不在相邻像素12和13之间转移电荷。为roil的每一列设置VCXD31和元件隔离器32。VCXD31通过读选通晶体管33而被连接到各个对应的roii。在roii中积聚的信号电荷通过读选通晶体管33而被读出到VCXD31。VCXD31在垂直方向(垂直于图1中的纸面的方向)上将信号电荷转移到水平转移路径(未示出)。元件隔离器32防止从roil读出的信号电荷流入相邻列的VCXD31中。在η型半导体基板30上形成P阱层35。PD11、VCXD31、元件隔离器32和读选通晶体管33在P阱层35的表面层上形成。通过使用诸如CVD (化学气相沉积)、PVD (溅射、物理气相沉积)、掺杂、光刻或者蚀刻的众所周知的技术在η型半导体基板30之上形成各个部而生产CXD图像传感器10。通过在P阱层35的表面层上形成η型层而构成ΗΗ1。HHl根据在p_n结上入射的光产生电子-空穴对。电子在η型层中积聚。注意，可以在roil的η型层上形成P型层以防止暗电流和白斑。VCXD31由在ρ阱层35的表面层上形成的η型层构成。在VCXD31之上设置转移电极40。读选通晶体管33由在ρ阱层35的表面层上形成的ρ型层构成。在读选通晶体管33之上设置转移电极41。转移电极40和41中的每一个例如由低电阻多晶硅制成。当通过向转移电极41施加电压而改变读选通晶体管33的电势时，在HHl中积聚的信号电荷被转移到VCCD31。当电压被施加到转移电极40时，被转移到VCCD31的信号电荷在垂直方向上被转移。由此，在各个roil中被光电转换和积聚的信号电荷从VCCD31转移到水平转移路径。元件隔离器32被部署在roil和VCXD31之间。元件隔离器32由在ρ阱层35的表面层上形成的P+层构成。元件隔离器32是带有与构成roil的η型层和构成VCCD31的η型层相反的传导类型的杂质的、增加的浓度的势垒。由此，元件隔离器32防止信号电荷流入与相邻roil相对应的另一个VCXD31中。在其上形成转移电极40和41的ρ阱层35之上设置光屏蔽膜42。光屏蔽膜42被形成为覆盖全部VCXD31、元件隔离器32、和读选通晶体管33。光屏蔽膜42设置有开口 42a，各个开口 42a暴露roil的光接收区域。由此，光屏蔽膜42防止光在除了 TOll之外的区域上入射。例如用钨制成光屏蔽膜42。在光屏蔽膜42之上设置平面化层43。在平面化层43之上设置滤色器15和微透镜14。平面化层43在由转移电极40和41等引起的基板之上的凸起和凹陷之上填充以便产生在其上形成滤色器15的平坦表面。平面化层43由能够应用回流处理的例如BPSG的光透射性材料制成。注意，可以在平面化层43中形成层内透镜(未示出)。层内透镜可以由例如氮化硅(SiN)的折射率高于平面化层43的折射率的材料制成。层内透镜可以是上凸的或者下凸的，或者在两个方向上都是凸形的。滤色器15具有薄膜形状并且在平面化层43之上形成。滤色器15由称为彩色光阻剂的聚合物材料制成。微透镜14由有机薄膜、氮化娃(SiN)等制成。为了形成微透镜14,例如，在滤色器15之上形成SiN的材料膜，并且然后根据像素集合16的布置图案在材料膜之上施加光阻剂。光阻剂通过热处理熔化并且被形成为半球形形状。光阻剂的形状通过各向异性蚀刻而被转印到材料膜。因此，微透镜14得以形成。替代地，在滤色器15之上的有机膜可以通过热处理熔化并且被形成为半球形形状以形成微透镜14。如在图4中所示，滤色器15由各个透射红色光的红色滤色器15R、各个透射绿色光的绿色滤色器15G和各个透射蓝色光的蓝色滤色器15B构成。三种颜色的滤色器(滤色器部)15R、15G和15B分别地被提供给像素集合16，使得在像素集合16中的两个像素12和13具有相同的颜色。注意，在每一幅图中，无阴影表示红色颜色。打点阴影表示绿色颜色。倾斜阴影表示蓝色颜色。三种颜色的滤色器15被分划成第一滤色器集合50和第二滤色器集合52。第一滤色器集合50和第二滤色器集合52以棋盘式图案被布置。第一滤色器集合50由两个绿色滤色器15G和两个红色滤色器15R构成。该两个绿色滤色器15G在45度倾斜方向上相互接着地布置。该两个红色滤色器15R在45度倾斜方向上相互接着地并且邻近于相应的两个绿色滤色器15G地布置。第二滤色器集合52由其中红色滤色器15R被蓝色滤色器15B代替的第一滤色器集合50构成。在三种颜色的滤色器15R、15G和15B的这个布置中，存在其中绿色滤色器15G在45度倾斜方向上被布置的行和其中成对的两个红色滤色器15R和成对的两个蓝色滤色器15B在45度倾斜方向上交替地被布置的行。这些行在与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，红色滤色器15R和蓝色滤色器15B被交替地部署，其中绿色滤色器15G处于其间。滤色器15以与在固态成像装置中以所谓的蜂窝图案布置的那些相同的方式被布置。在蜂窝图案中，像素在45度倾斜方向上被布置。在45度倾斜方向上相邻的该一对像素之一具有高敏感性而另一个具有低敏感性。高和低敏感性像素的像素值被混合以获得带有宽动态范围的图像。根据这个实施例，与像素12和13相对应的微透镜14的面积是传统微透镜的面积的两倍。因此，与光屏蔽膜的开口移位的情形相比较，像素的敏感性得以改进。在该实施例中像素集合16的布置适合于获得带有宽动态范围的图像。例如，为了获得用于相差方法的AF控制的图像或者执行单眼3D成像以获得带有双眼视差的一对图像，像素12和13之一被用作高敏感性像素而另一个被用作低敏感性像素，因为在像素集合16中的像素12和13具有相同的颜色。由此，图像的动态范围变宽。在以上实施例中，滤色器集合50和52以棋盘式图案被布置。替代地，例如，如在图5中所示，滤色器集合50可以在与布置相同颜色的滤色器15的方向垂直的方向上被布置。滤色器集合52可以在与布置相同颜色的滤色器15的方向垂直的方向上被布置。由此，滤色器集合50的行和滤色器集合52的行以条纹状图案交替地被布置。在此情形中，在垂直于在45度倾斜方向上布置的绿色滤色器15G的行的方向上，相同颜色的滤色器15、红色滤色器15R或者蓝色滤色器15B被相继地布置，其中绿色滤色器15G处于其间。在以上实施例的结构中，随着roil更加靠近紧接着在微透镜14的中心下面的区域,PDlI的敏感性增加。因此，如由图6中的(XD图像传感器60的像素集合62示出地，可以更加靠近微透镜14的中心地部署Η)64。在以上实施例中，微透镜14具有半球形形状。替代地，例如，如由图7中的C⑶图像传感器70的像素集合72示出地，微透镜74可以具有带有凸形表面的正方形外形。为了形成微透镜74，半球形透镜被形成为正方形形状以便具有允许像素集合72被并排地布置的尺寸。换言之，半球形透镜被形成为正方形形状使得微透镜74的底部形状具有带有对角线2A的基本正方形形状。由此，相对于半球形透镜的面积，微透镜74的面积被放大。相应地，像素12和13的敏感性得以改进。如在图8中所示，像素集合75的微透镜76可以具有半椭圆形形状。微透镜76的底部形状是椭圆形的，其中长轴是2A并且短轴稍微比A更长。微透镜76被如此部署，使得微透镜76的光轴与区域17的中心一致。由此，在短轴方向上微透镜76的顶点部分与在竖直地在上方或者在下方定位的一对相邻微透镜76之间的空间重叠。滤色器(滤色器部)77具有与微透镜76的椭圆形底部外接的六边形形状。即使当微透镜76具有半椭圆形形状时也在成像表面中不带任何间隙地布置滤色器77。在垂直方向上彼此相邻的各个微透镜76上的最靠近的相邻点P1、P2、P3和P4的坐标如下:P1= (A/2，A/2) ；P2= (A/2, -A/2) ；P3= (-A/2，A/2) ；P4= (-A/2，-A/2);其中 A表示像素的一边的长度，并且区域17的中心PO为原点。该四个点Pl到P4还是在微透镜76和滤色器77之间的接触点。注意，在图8中，每一个微透镜76具有带有尖形顶点部分的六边形形状。在实际制造中，每一个顶点(边缘)部分是相当圆化的，使得微透镜76具有圆化六边形形状。当使用半球形微透镜14和矩形滤色器15时，在滤色器15的四个角部部分中延伸出微透镜14的外形的空白部分的面积是相对大的。倾斜地在空白部分上入射的光可以引起颜色混合。另一方面，当使用微透镜76和滤色器77时，滤色器77被形成为更加几乎圆形的六边形形状。由此，与在使用微透镜14和滤色器15的配置中的那些相比较，减小了滤色器77的空白部分的面积。结果，防止了颜色混合。半椭圆形微透镜76与像素12和13重叠的区域大于半球形微透镜14与像素12和13重叠的区域。因此，如在图8中所示，即便在HHl之上的光屏蔽膜的开口区域Ila被形成为传统矩形形状，开口区域Ila也不延伸出微透镜76。结果，防止了减小像素12和13的敏感性。当微透镜76和滤色器77中的每一个从一边到另一边是长的并且在短轴和长轴之间的比率类似于像素集合75的高度和宽度比率是1:2时，在开口区域Ila的端部和微透镜76的端部之间的最大距离缩短。由此，被微透镜76折射的光以小的折射角在开口区域Ila上入射。在敏感性方面，这是有利的。因此，从一边到另一边是长的微透镜76和从一边到另一边是长的滤色器77极其适合于用于单眼3D成像或者用于获得相差信号的像素结构。从一边到另一边是长的微透镜76具有比半球形微透镜更高的、将光收集到roii中的效率。在图2到7所示实施例中，像素12和13以单纯正方形栅格图案被布置，并且微透镜14和滤色器15以蜂窝图案被布置。替代地，可以如图9所示地配置CXD图像传感器80。CXD图像传感器80设置有像素集合85。像素集合85由两个像素即第一和第二像素81和82、微透镜83和滤色器84构成。像素81和82中的每一个具有被旋转45度的正方形形状。像素81和82在45度倾斜方向上并排地被布置。微透镜83类似于以上实施例的微透镜14。滤色器84具有正方形形状，并且被如此布置，使得滤色器84的中心与微透镜83的光轴一致。在CXD图像传感器80中，具有相邻像素81和82的区域86的纵向方向与45度倾斜方向平行。像素行87由在纵向方向上布置的像素集合85构成。在CCD图像传感器80中，像素行87在区域86的宽度方向上被布置。相邻像素行87在纵向方向上相互移位了区域86的一半以防止相同类型的像素(第一像素81或者第二像素82)在相邻像素行87中彼此相邻。因此，矩形成像表面88得以配置。在CXD图像传感器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度倾斜方向上被布置。微透镜83和滤色器84以单纯正方形栅格图案被布置。这种配置还以类似于以上实施例的方式改进了是相差检测像素的像素81和82的敏感性。注意，CXD图像传感器80的配置可以被视为被旋转大致45度的CXD图像传感器10的配置。如在图10中所示，在CXD图像传感器80中，优选的是，以所谓的Bayer图案布置红色、绿色和蓝色滤色器(滤色器部)84R、84G和84B。在Bayer图案中，滤色器84R、84G和84B在像素集合85中以2X2栅格的四个滤色器为单位被布置。在该四个滤色器中的两个倾斜地布置的滤色器是绿色滤色器84G，并且两个其余的滤色器之一是红色滤色器84R，并且另一个是蓝色滤色器84B。在CXD图像传感器80中，当光不从基本向右和向左方向而是从倾斜方向入射时，PDll具有最大敏感性。更加具体地，在对于微透镜83的光轴在左上倾斜方向上定位的第一像素81中，对于从右下倾斜方向入射的光的敏感性达到最大值。在相对于微透镜83的光轴在右下倾斜方向上定位的第二像素82中，对于从左上倾斜方向入射的光的敏感性达到最大值。因此，与像素以单纯正方形栅格图案被布置的情形相比较，可以减小产生视差图像所必需的、对于来自向右和向左方向的光的敏感性。
如由图11中的C⑶图像传感器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。当第一像素81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镜83和滤色器84在左右方向上的中心线CL时，PD93和94对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，增加了产生视差图像所必需的、对于来自向右和向左方向的光的敏感性。当TO93和94如上所述地移位时，PD93和94中的每一个全部变得更加靠近微透镜83的光轴。结果，不仅对于来自向右和向左方向的光的敏感性，而且像素81和82的总体敏感性也增加。注意，PD93和94中的每一个可以在任何方向上移位，只要Η)93和94中的每一个的中心变得更加靠近中心线CL。在像素81和82在45度倾斜方向上被布置，并且第一像素81相对于微透镜83的光轴在左上倾斜方向上定位，并且第二像素82相对于微透镜83的光轴在右下倾斜方向上定位的情形中，当第一像素81的TO93向下移位并且第二像素82的TO94向上移位时，PD93和94中的每一个的中心变得最靠近中心线CL。因此，如上所述在上下方向上移位Η)93和94是适合的。注意，当TO93和94中的每一个移位时，PD93和94中的每一个关于区域86在纵向方向上的中心是旋转对称的。在以上实施例中，每一个I3Dll例如是线对称的。即便TO93和94中的每一个是旋转对称的，像素81和82也作为相差检测像素正确地发挥功能。在以上实施例中，像素12和13中的每一个具有正方形形状。该两个像素12和13在半导体基板之上被部署在高度和宽度比率为大致1:2的矩形区域17中。在像素集合16中的像素的数目不限于二。例如，如由图12中的像素集合100示出地，可以在区域17的纵向方向上布置具有相同矩形形状的三个像素，即第一像素101、第二像素102和第三像素103。像素101、102和103设置有具有相同矩形形状的相应的H)104。PD104的中心分别地与像素101到103的中心一致。因此，每一个HH04关于区域17在纵向方向上的中心是线对称的。在中间的第二像素102的PD104的中心与微透镜14的光轴一致。通过使用具有三个像素，即第一到第三像素101到103的像素集合100，从相应的像素101到103获得了三条相差数据。获得的相差数据越多，相差AF的检测准确度变得越高。如由图13中的像素集合110示出地，可以在区域17的纵向方向上布置具有相同矩形形状的四个像素，即第一到第四像素111、112、113和114。像素111、112、113和114设置有具有基本相同的矩形形状的相应的roil5。PD115的中心分别地与像素111、112、113和114的中心一致。因此，每一个HH15关于区域17在纵向方向上的中心是线对称的。通过使用像素集合110，从相应的像素111到114获得了四条相差数据。这进一步改进了相差AF的检测准确度。在图14所示的像素集合120中，在区域17的纵向方向上布置具有相同矩形形状的五个像素，即第一到第五像素121、122、123、124和125。除了像素集合120包含五个像素之外，像素集合120与图13所示包含四个像素的像素集合相同，从而省略其详细说明。图15所示像素集合130设置有五个像素131到135。第一像素131被部署在中间。第二像素132和第三像素133在第一像素131的右侧上被布置在顶部和底部两行中。第四像素134和第五像素135在第一像素131的左侧上被布置在顶部和底部两行中。第一像素131具有基本矩形形状，并且被如此布置，使得第一像素131的中心基本与区域17的中心一致。区域17的第一像素131的右侧部在上下方向上被划分成两个部分以形成第二像素132和第三像素133。以类似的方式，区域17的第一像素131的左侧部在上下方向上被划分成两个部分以形成第四像素134和第五像素135。矩形HH36被设置在第一像素131中。PD136被如此布置，使得HH36的中心与第一像素131的中心和微透镜14的光轴一致。第二到第五像素132到135设置有具有相同矩形形状的相应的H)137。PD137被布置成分别地与像素132到135的中心一致。注意，在像素集合130中的像素131到135的形状可以并不一定相同。在像素集合130中的TO136和137的形状可以并不一定相同。像素131到135与TO136和137中的每一个需要关于区域17在纵向方向上的中心是线对称的或者旋转对称的。由微透镜14收集的光的数量在光轴周围最高。因此，ro与微透镜14的光轴交叉的、像素集合100、120和130中的每一个的敏感性高于ro不与微透镜14的光轴交叉的、像素集合16和110中的每一个的敏感性。在每一个以上实施例中，使用了 CXD图像传感器。替代地，本发明适用于另一种类型的固态成像装置，诸如CMOS图像传感器。特别地，在背光照明式CMOS图像传感器中，各个开口的区域能够被放大。能够增加在微透镜14和像素12和13中的各个的HHl之间的距离和在滤色器15和像素12和13中的各个的roil之间的距离，以便增加图像相对于焦点的移位量或者在防止敏感性降低时缩窄视差角度。因此，本发明适合于优化相差特性。在正常的CMOS图像传感器中，在微透镜下面形成金属布线层。在布线层下面形成PD。另一方面，在背光照明式CMOS图像传感器中，在微透镜下面形成ro。在ro下面形成布线层。换言之，在背光照明式CMOS图像传感器中，以与在正常CMOS图像传感器中的那些相反的次序布置布线层和H)。每一个带有类似CXD图像传感器10地以单纯正方形栅格图案被布置的像素(像素指的是在滤色器下面的部分)的固态成像装置的制造商的数目比每一个带有类似CCD图像传感器80地在45度倾斜方向上被布置的像素的固态成像装置的制造商更多。相应地，单纯正方形栅格图案类型固态成像装置的生产量比45度倾斜方向类型固态成像装置的多得多。因此，单纯正方形栅格图案类型固态成像装置在技术和知识积累和制造设施的充分性方面是优良的。在本说明书中，描述了以单纯正方形栅格图案布置的像素的配置和在45度倾斜方向上布置的像素的配置。鉴于相差AF和3D技术的发展和扩展，具有单纯正方形栅格图案的像素的配置是优良的。通过将roii物理地相互分离或者通过相互分开地部署光屏蔽膜的开口，在像素集合中的光入射区域被相互分离。替代地，如在图16中所示，可以在与光瞳透镜140的位置相对应的位置处采用屏蔽板(挡板)142以分离光入射区域。如在图17中所示，屏蔽板142具有带有比光瞳透镜140的直径更长的长侧和比光瞳透镜140的直径更短的短侧的矩形形状。移动机构(未示出)在光屏蔽位置(由图16中的实线示出的位置)和缩退位置(由图16中的双点链线示出的位置)之间移动屏蔽板142。在光屏蔽位置中，屏蔽板142阻挡经过光瞳透镜140的中部的光。在缩退位置中，屏蔽板142从光瞳透镜140缩退。
优选地，在背光照明式固态成像装置144中使用光瞳透镜140和屏蔽板142。如在图18中所示，在背光照明式固态成像装置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之间光屏蔽膜是不必要的。基本上整个像素集合150是敏感的。如在图19中所示，当屏蔽板142处于缩退位置中时，经过光瞳透镜140的左部分的光在像素集合150的第一像素151上入射。经过光瞳透镜140的右部分的光在像素集合150的第二像素152上入射。经过光瞳透镜140的中部的光在像素集合150的像素151和152这两者上入射。当屏蔽板142处于光屏蔽位置中时，经过光瞳透镜140的中部的光被屏蔽板142阻断。因此，仅仅经过光瞳透镜140的左部分的光在第一像素151上入射。仅仅经过光瞳透镜140的右部分的光在第二像素152上入射。因此，通过在缩退位置中放置屏蔽板142并且将像素集合150的像素151和152的像素值相加到一起而执行2D成像。通过在光屏蔽位置中放置屏蔽板142并且从第一像素151获得图像和从第二像素152获得图像而执行3D成像。通过改变屏蔽板142的短侧的长度来调节是在3D成像中的重要指标的视差角度(基础长度)。如上所述，通过背光照明式固态成像装置144和屏蔽板142的组合使用，经过光瞳透镜140的中部的光被阻断或者透射。由此，单眼3D功能被切换为2D功能并且反之亦然。10，60，70，80，90CCD 图像传感器11,64PD12，81 第一像素13，82 第二像素14，74，83 微透镜15，84 滤色器16，62，72，85，92 像素集合18，87 像素行20，88成像表面50第一滤色器集合52第二滤色器集合。
权利要求
1.一种固态成像装置，包括: 像素集合，各个像素集合具有N (N是大于或者等于二的整数)个像素和微透镜，各个像素具有用于根据入射光积聚电荷的光电转换器，所述微透镜将光会聚到所述各个像素中，所述各个像素被布置在具有大致1:2的高度和宽度比率的矩形区域中，使得所述各个光电转换器关于所述矩形区域在宽度方向上的中心是线对称的或者旋转对称的，所述微透镜被如此部署，使得所述微透镜的光轴基本与所述矩形区域的所述中心一致，所述微透镜大于所述矩形区域在高度方向上的长度并且小于或者等于所述矩形区域在所述宽度方向上的长度； 像素行，各个像素行由在所述宽度方向上布置的所述像素集合构成；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，相邻像素行在所述宽度方向上相互移位了所述矩形区域的一半，所述微透镜延伸出所述矩形区域的部分与在相邻像素行中的两个相邻像素集合的两个微透镜之间的空间重叠。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述像素行在所述成像表面的水平方向上延伸，并且所述微透镜在45度倾斜方向上被布置。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中各个像素集合具有滤色器，并且所述滤色器以类似于所述微透镜的方式在所述成像表面中在所述45度倾斜方向上彼此相邻地被布置。
4.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中所述滤色器包括用于透射红色光的红色滤色器、用于透射绿色光的绿色滤色器和用于透射蓝色光的蓝色滤色器，并且三种颜色的滤色器被分类成第一滤色器集合和第二滤色器集合，并且各个所述第一滤色器集合由在所述45度倾斜方向上彼此相邻地布置的两个绿色滤色器和在所述45度倾斜方向上彼此相邻并且邻近于相应的绿色滤色器地布置的两个红色滤色器构成，并且各个所述第二滤色器集合由利用所述蓝色滤色器代替所述红色滤色器的第一滤色器集合构成，并且所述第一滤色器集合和第二滤色器集合在所述成像表面中以棋盘式图案被布置。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中所述滤色器具有旋转了大致45度的正方形形状，并且所述正方形形状的对角线大致等同于所述矩形区域在所述宽度方向上的长度，并且所述滤色器的中心与所述微透镜的所述光轴一致。
6.根据权利要求5所述的固态成像装置，其中N为二，并且各个像素具有正方形形状，并且所述像素在所述成像表面中以单纯正方形栅格图案在所述水平和垂直方向上彼此相邻地被布置。
7.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述像素行在所述成像表面的45度倾斜方向上延伸，并且所述微透镜在水平和垂直方向上彼此相邻地布置。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中N为二，并且每一个具有正方形形状的两个像素在所述45度倾斜方向上彼此相邻地被布置。
9.根据权利要求8所述的固态成像装置，其中在所述像素集合中的所述各个像素的所述光电转换器或者所述各个像素的光屏蔽膜的开口靠近所述微透镜的中心地移位。
10.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中N为3到5，并且所述像素行在所述矩形区域的所述宽度方向上延伸。
11.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述N个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区域的中间，并且所述第二像素和第三像素在所述第一像素的右侧上被布置在顶部和底部两行中，并且所述第四像素和第五像素在所述第一像素的左侧上被布置在顶部和底部两行中。
12.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述微透镜具有直径为V2A的基本半球形形状，其中，所述矩形区域在所述高度方向上的长度为A。
13.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述微透镜具有带有基本正方形外形的凸形表面。
14.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述微透镜具有其长轴的长度基本等于所述像素集合在所述宽度方向上的长度的半椭圆形形状，并且所述微透镜的光轴基本与所述矩形区域的所述中 心一致。
全文摘要
相差检测像素的敏感性得以改进。CCD图像传感器(10)设置有由两个像素，即第一像素(12)和第二像素(13)和微透镜(14)构成的像素集合(16)。像素(12)和(13)在水平方向上并排地布置。微透镜(14)具有半球形形状。微透镜(14)具有大于矩形区域(17)在着高度方向上的长度的直径，矩形区域(17)是第一和第二像素(12)和(13)的外形并且具有大致12的高度和宽度比率。像素集合(16)在矩形区域(17)的宽度方向上被布置以构成像素行(18)。在CCD图像传感器(10)中，像素行(18)在矩形区域(17)的高度方向上被布置，其中相邻像素行(18)在宽度方向上相互移位了矩形区域(17)的半间距。
文档编号H04N5/232GK103081457SQ20118004080
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月2日 优先权日2010年8月24日
发明者冲川满 申请人:富士胶片株式会社