專利名稱：固態(tài)圖像捕獲設備及其制造方法以及電子信息設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像捕獲設備，其中每一個像素單元中的相鄰光電轉換部件的位置根據順序而不同，來自物體的圖像的光線在每一個光電
轉換部件中進行光電轉換，并且被圖像捕獲作為像素；還涉及固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法以及在圖像捕獲部件中利用該固態(tài)圖像捕獲設備作為圖像輸入設備的電子信息設備(例如，數碼相機(數碼攝像機、數碼照相機等)、圖像輸入照相機、掃描儀、傳真機、具有照相機的蜂窩電話裝置)。
背景技術：
最近，在常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲設備如CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器中， 一直在減小像素單元的大小。尤其是在CM0S圖像傳感器中，為了減小像素單元的大小，通過多個光電二極管(光接收部件、光電轉換部件)共用一個輸出放大器，使得每一個像素中所需的晶體管數量的減小已經獲得了快速的進展。
這里，首先參照圖14說明下述情況，即為一個光電二極管設置一個輸出放大器，并且在矩陣的行和列方向以平均的間隔設置光電二極管。接下來參考圖15至17說明下述情況，即一個輸出放大器被兩個光電二極管共用，并且光電二極管的位置根據順序而不同。
圖14是示意性地示出固態(tài)圖像捕獲設備100的像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
在圖14所述的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100中，在構成像素的每一個光電二極管1的上方設置微透鏡2。入射到像素上的圖像光線被微透鏡2聚焦，然后入射到光電二極管1上。入射到光電二極管1上的入射光被光電二極管1進行光電轉換。
圖15是示意性地示出另一固態(tài)圖像捕獲設備100的像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
在圖15的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100A中，相鄰的每一光電二極管1A的位置在各個像素中是不相同的。例如，在CMOS圖像傳感器或類似部件中，當一個輸出放大器被多個光電二極管共用時，如圖15所示，相鄰
6光電二極管的位置間隔不均勻。每一組中的兩個相鄰的光電二極管1A的 位置彼此靠近。微透鏡2A設置在對應的構成像素的光電二極管1A上方。 但是，平面圖中微透鏡2A的中心位置和光電二極管1A的中心位置不匹 配。從正上方入射到每一個微透鏡2A的圖像光線沒有聚焦在各個光電二 極管1A中的每一個的中心部分上。
這里給出圖像的光線從正上方入射到微透鏡2A上的情形。在這種情 況下，圖像的光線從正上方入射到微透鏡2A上在光接收區(qū)域的中心部分 處。但是，圖像光線是從傾斜方向入射到微透鏡2A上在光接收區(qū)域的外 圍部分處。接下來，參考圖16對這一情形進行說明。
圖16是示意性地示出圖15中的固態(tài)圖像捕獲設備100A的從傾斜方 向入射的光線的光調焦特征的縱向橫截面圖。
如圖16所示，當圖像的光線從傾斜方向入射到每一微透鏡2A上時， 光電二極管1A上的光聚焦位置對于每一個像素都是不相同的。光線不能 聚焦在光電二極管1A的中心部分上。同樣，光電二極管1A的光接收靈 敏度降低了。此外，光線不能聚焦在每一光電二極管1A的相同部分上， 并且每一像素中的光聚焦特性互不相同，從而在每一像素中顯示出了不 同的亮度遮蔽特性。
為了解決上述問題，例如參考文件1提出了下面要說明的一種常規(guī) 的固態(tài)圖像捕獲設備。將參考圖17進行說明。
圖17是示意性地示出參考文件1中公開的另一固態(tài)圖像捕獲設備 IOOB的像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
在圖17的固態(tài)圖像捕獲設備100B中，相鄰光電二極管1B各自的位 置不相同，每一組中兩個相鄰光電二極管1B的位置彼此靠近，為每一組 的兩個像素設置公共的凸球面透明部分3。兩個微透鏡2B形成在凸球面 透明部分3上，以向內改變光聚焦方向，從而圖像的光線能夠入射在每 一光電二極管1B的中心部分上。
如上所述，在固態(tài)圖像捕獲設備(CCD圖像傳感器)100B中，其具 有在兩個像素單元中的光電二極管IB和在每一個像素單元中光電二極管 的位置根據順序而不同，通過用于覆蓋兩個像素而提供的凸球面透明部 分3的表面的傾斜而彎曲入射光的方向。因此光線更可能地入射到每一 個光電二極管1B上的中心部分上。
參考文件2公開了另一常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲設備，其中為一個光電二極管設置一個輸出放大器，并且和圖14類似，光電二極管在矩陣的行 方向和列方向上都以均勻的間隔設置。在這種情況下，為了消除由相鄰 微透鏡之間的間隙引起的光線無效區(qū)域，使相鄰微透鏡彼此連接。
參考文件1:日本公開號No. 2002-270811
參考文件2:日本公開號No. 2003-229550

發(fā)明內容
如上所述，在圖14的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100中，在平面圖上， 光電二極管1在矩陣的行方向和列方向上以均勻的間隔設置，并且光電 二極管1的位置和對應的微透鏡2彼此匹配。因此，圖像的入射光聚焦 在光電二極管1的中央部分上。但是，在圖15的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備 100A中，微透鏡2A以均勻的間隔設置在以不均勻的間隔設置的光電二極 管1A上方。因此，在平面圖中，光電二極管1A的位置與對應的微透鏡 2A彼此不匹配，并且入射到每一個微透鏡2A上的圖像光線沒有入射到每 一個相應光電二極管1A的中央部分上。從而出現下面的問題。
首先，檢查光接收靈敏度。 一般來說，從微透鏡入射并且然后聚焦 在CCD傳感器或者CMOS傳感器上的圖像光線包括和F數值一致的傾斜 入射光。當微透鏡的曲率不是恒定值時，圖像光線不會聚焦在一點上。 甚至當圖像光線從正上方入射時，圖像光線也以一定的分散度聚焦。由 于這一原因，要入射到光電二極管上的圖像光線不聚焦在一點上，但分 布在具有一定分散度的某一點的中心附近。同樣，已經認識到，如果從 正上方入射的圖像光線盡可能多地聚焦在光電二極管的中央部分，則可 以獲得較好的光接收靈敏度。出于上述原因，在圖15所示的常規(guī)的固態(tài) 圖像捕獲設備100A中，和圖14示出的常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲設備100相 比，關于包括傾斜入射光在內的圖像光線的光接收靈敏度進一步降低。
第二，對亮度遮蔽進行研究。亮度遮蔽是CCD傳感器或者CMOS傳 感器的芯片外圍(光接收區(qū)域的邊緣部分)的光接收靈敏度和CCD傳感 器或者CMOS傳感器的芯片中心(光接收區(qū)域的中心部分)的光接收靈敏 度之間的比值。 一般來說，從微透鏡入射到CCD傳感器或者CMOS傳感 器上的圖像光線的入射角(關于垂直于基板表面的線的角度)從芯片的 中心位置朝向外圍位置呈增加趨勢(從垂直線更加傾斜)。將從CCD傳感 器或者CMOS傳感器側觀察到的到微透鏡的距離稱為出射光瞳位置。圖像 光線入射到CCD傳感器或者CMOS傳感器的芯片外圍部分上的入射角根據出射光瞳位置而改變。芯片外圍部分上的傾斜入射光聚焦在每一像素
的光電二極管1A的不同位置上，如圖16所示。同樣，還難以改善每一 像素在同一時間的亮度遮蔽特性。其結果是，產生以下問題，即亮度遮 蔽特性劣化，且每一像素中的亮度遮蔽特性各不相同。
為了解決上述問題，如上所述，在參考文件1公開的另一常規(guī)的固 態(tài)圖像捕獲設備100B中，為兩個像素設置一個共用的凸球面透明部分 13，在共用的凸球面透明部分13上形成兩個微透鏡2B，以改變光線聚焦 方向，并且光線入射到每一光電二極管1B的中央部分上，如圖17所示。
但是，在圖17示出的另一常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100B中，在凸球 面透明部分3上形成兩個微透鏡2B。同樣，另一常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備 100B也存在下面要說明的問題。首先，微透鏡的表面在生產該微透鏡時 是凹凸形的。同樣存在難以處理微透鏡2B的問題。第二，凸球面透明部 分3和微透鏡2B的位置必須校正。因此，必須以高精度控制校正。第三， 從對應的微透鏡2B入射到光電二極管1B上的光線的角度取決于凸球面 透明部分3的形狀。從而存在難以使要入射的圖像光線和相鄰光電二極 管1B的位置保持高度一致。
另一方面，在參考文件2公開的另一常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備中，光 電二極管以均勻的間隔設置，光電二極管的中央部分和對應的微透鏡的 光軸最初就彼此匹配。為了消除微透鏡之間的間隙引起的光無效區(qū)域， 微透鏡的外圍部分被延伸，并且相鄰的微透鏡彼此連接。參考文件2的 先決條件技術、技術理念和結構完全不同于本發(fā)明，這將在后面進行說 明。在本發(fā)明中，使兩個微透鏡向內且減小它們之間的距離，以使兩個 微透鏡彼此連接，使得當一個輸出放大器被兩個光電二極管共用時，兩 個微透鏡中每一個的光軸和兩個光電二極管中每一個的中心位置相匹 配，且為了減小像素單元的尺寸，每一像素單元中光電二極管的位置根 據順序而不相同，如圖15-17所示。
本發(fā)明意在解決上面所述的常規(guī)問題。本發(fā)明的目標是提供一種固 態(tài)圖像捕獲設備，其能夠防止包括傾斜入射光在內的圖像光線的靈敏度 降低，能夠防止亮度遮蔽特性的均勻性降低，還能夠使圖像光線和光電 二極管的位置保持高度一致地入射且容易加工；還提供一種制造該固態(tài) 圖像捕獲設備的方法，以及一種在圖像捕獲部件中利用該固態(tài)圖像捕獲 設備的電子信息設備。
9本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備包括多個光接收部件，它們被設置成 使它們在每一個像素單元中的位置根據順序而不相同；微透鏡，設置在 多個光接收部件上方以多個光接收部件對應，其中這些微透鏡中的一些 或者所有相鄰微透鏡彼此靠近，以使它們各自的外圍部分重疊，且這些
微透鏡被形成為具有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡的形狀，以使微透鏡 彼此相鄰，使入射到每一微透鏡上的光線聚焦在對應的光接收部分的相 同位置上，從而實現上面所述的目標。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，相鄰的微透鏡形成為使得微 透鏡的外圍部分的至少一部分和相鄰的微透鏡重疊。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，相鄰的微透鏡形成為使得具 有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡形狀的相鄰的微透鏡被布置成彼此接 觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，相鄰的微透鏡形成為以使具 有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡形狀的相鄰的微透鏡被布置成彼此以預 定間隙遠離。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，微透鏡的位置根據各個光接 收部件之間的間隙而不同。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，設置光接收部件和微透鏡， 以使每一個兩像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，設置光接收部件和微透鏡， 以使每一個N像素單元(N是大于或者等于3的整數)中光接收部件和微 透鏡的位置根據順序而不同。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣 設置，并且在每一個四像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序 而不同，四個光接收元件中的兩個和四個微透鏡中對應的兩個設置在行 方向，光接收元件和微透鏡的各自中的另兩個設置在列方向上。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣 設置，并且在每一個K像素單元(K = I x JT)中光接收部件和微透鏡的位 置根據順序而不同，I個像素(I是大于或者等于2的整數)設置在行方 向，J個像素(J是大于或者等于2的整數)設置在列方向上。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，設置光接收部件和微透鏡， 以使每一個兩像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，每一個兩像素單元中，兩個微透鏡設置在兩個相鄰的光接收部件的上方，從而和兩個相鄰的光接收部件對應，并且兩個微透鏡重疊或者彼此接觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且每一個兩像素單元中相鄰微透鏡的位置在行方向和列方向上才艮據順序而不同。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，設置光接收部件和微透鏡，
以使每一個N像素單元(N是大于或者等于3的整數)中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，每一個N像素單元(N是大于或者等于3的整數)中的N個微透鏡設置在N個相鄰的光接收部件的上方，從而和N個相鄰的光接收部件相對應，并且N個微透鏡重疊或者彼此接觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且每一個N像素單元(N是大于或者等于3的整數)中相鄰微透鏡的位置在行方向和列方向上才艮據順序而不同。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個四像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同，四個光接收元件中的兩個和四個微透鏡中對應的兩個設置在行方向，光接收元件和微透鏡的各自中的另兩個設置在列方向上，且每一個四像素單元中四個微透鏡設置在四個相鄰的光接收元件的上方，從而和四個相鄰的光接收元件對應，四個微透鏡重疊或者彼此接觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個K像素單元(K = Ix J)中微透鏡的位置根據順序而不同，I個像素(I是大于或者等于2的整數)設置在行方向，J個像素(J是大于或者等于2的整數)設置在列方向上，且每一個K像素單元中的微透鏡設置在相鄰的光接收元件的上方，從而和相鄰的光接收元件對應，微透鏡重疊或者彼此接觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，微透鏡的平面圖形狀為圓形、近似圓形或者橢圓形，其曲率是恒定值。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，形成微透鏡的外圍部分，以使其重疊或者在兩個方向上，即兩個橫向上或者兩個縱向上和相鄰微透鏡接觸，或者在四個方向上，即兩個橫向和兩個縱向上和相鄰微透鏡接觸。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，形成設置在各個光接收部件上方的微透鏡，使其在相鄰光接收部件彼此靠近的位置上彼此大部分重疊，且形成設置在各個光接收部件上方的微透鏡，使其在相鄰光接收部件彼此遠離的位置上彼此小部分重疊。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，每一像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同，且光接收部件和各個微透鏡之間的相對位置從芯片中心朝向芯片外圍部分偏移，以使光線聚焦在每一個光接收部件上。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，每一個光接收部件上聚焦光線的位置是每一個光接收部件的中央部分。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，每一個光接收部件上聚焦光線的位置是該光接收部件上的預定位置范圍，其在每一像素中顯示出了相同的亮度特性。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，每一個光接收部件上聚焦光線的位置是每一個光接收部件上的相同位置。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，每一個光接收部件上聚焦光線的位置是每一個光接收部件上的中央部分。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中，光接收部件是用于執(zhí)行光線的光電轉換的光電轉換部件。
優(yōu)選本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備是CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器。
優(yōu)選在本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備中， 一個輸出放大器由每一組預定數量的光接收部件共用。
本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備制造方法用于生產本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備，包括以下步驟形成微透鏡的第一步驟，所述微透鏡在多個微透鏡中并不彼此接觸；形成微透鏡的第二步驟，在還沒有形成的多個微透鏡中，所述微透鏡在行方向和列方向中的至少一個方向上并不相互接觸，使得它們和先形成的相鄰微透鏡重疊或者接觸，其中重復第二步驟，直到在前述多個還沒有形成的微透鏡中不存在未形成的微透鏡，從而實現上面所述的目標。
本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備制造方法用于生產本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備，包括以下步驟形成具有重疊的透鏡部分在行方向和列方向中的至少一個方向上被切掉的透鏡形狀的相鄰的多個微透鏡，從而彼此接觸或者彼此以預定間距隔開，以實現上面所述的目標。
12提供一種本發(fā)明的電子信息設備，其利用本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備作為圖像捕獲部件，從而實現上面所述的目標。
下文中，將對具有上述結構的本發(fā)明的功能進行說明。根據本發(fā)明，形成多個微透鏡，使設置在各個光接收部件上方的微透鏡的圓周部分的至少一部分重疊或者和相鄰微透鏡接觸。每一像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。在每一個像素單元中相鄰光接收部件的位置根據順序而不同的固態(tài)圖像捕獲設備中，設置在各個光接收部件上方的每一像素單元中微透鏡的位置根據在設置每一像素單元中的光接收部件的位置的方向上的順序而不同。這樣，入射到每一微透鏡上的光線入射在對應的光接收部件的相同位置上(例如，中央部分或者中心)。因此，可以改善光接收靈敏度和亮度遮蔽特性，也可以改善亮度遮蔽特性的均勻度。
通過以多個步驟形成微透鏡，可以分別在最佳位置上容易地設置微透鏡，同時保持微透鏡的質量，且考慮了每一個發(fā)光二極管的位置、光接收靈敏度和亮度遮蔽特性。
如上所述，根據本發(fā)明，在每一像素單元中相鄰光接收元件的位置根據順序而不同的固態(tài)圖像捕獲設備中，在每一像素單元中光接收元件的位置根據順序而不同的方向上，每一個像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。這樣，可以改善每一像素中的光接收靈敏度，還可以改善每一像素中的亮度遮蔽特性。此外，圖像光線能夠入射到每一光接收部件上的近似相同位置上。因此，可以使在每一個像素單元中根據順序而具有不同位置的多個像素中的亮度遮蔽特性均勻。


圖1是示出本發(fā)明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
圖2是示意性示出沿圖1中的線A-A'切割后的部分的縱向橫截面圖。
圖3是示意性示出從傾斜方向入射到圖1中的固態(tài)圖像捕獲設備的芯片外圍上的光線的光聚焦特性的縱向橫截面圖。
圖4A是用于說明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟(1)的局部平面圖。
圖4B是用于說明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟(2)的局部平面圖。圖5是示出本發(fā)明實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
圖6是示意性示出沿圖5中的線B-B'切割后的部分的縱向橫截面圖。
圖7A是用于說明實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟(1)的局部圖。
圖7B是用于說明實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟(2)的局部圖。
圖8是示出本發(fā)明實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
圖9是用于說明實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟的局部平面圖。
圖IO是示出本發(fā)明實施例4的固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
圖ll是示出本發(fā)明實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
圖12是用于說明實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備的制造方法中的制造步驟的局部平面圖。
圖13是用于說明實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備的另一制造方法中的制造步驟的局部平面圖。
圖14是示出常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
圖15是示出另一常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備的像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
圖16是示意性示出從傾斜方向入射到圖15中的固態(tài)圖像捕獲設備上的光線的光聚焦特性的縱向橫截面圖。
圖17是示意性示出參考文件1公開的另 一常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備的
像素部分的示例性基本結構的縱向橫截面圖。
10， 20， 30， 40， 50， 50A 固態(tài)圖像捕獲設備11， 21， 31， 41， 51 光電二極管12， 22， 32， 42A， 42B， 52 微透鏡12a， 22a， 32a， 42Aa， 52a 第一微透鏡12b， 22b 32b， 42Ab， 52b 第二微透鏡32c， 42Ba, 52c 第三微透鏡32d， 42Bb， 52d 第四微透鏡
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的實施例1-5的固態(tài)圖像捕獲設備進行詳細說明。
(實施例1)
圖l是示出本發(fā)明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備10的像素部分的示例性基本結構的平面圖。圖2是示意性示出沿圖1中的線A-A'切割后的部分的縱向橫截面圖。
在圖1和圖2中，實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備IO包括作為多個光接收元件設置的多個光電二極管11，其在每一個像素中的位置根據順序而不同；設置在多個光電二極管11上方以便和該多個光電二極管11對應的多個微透鏡12。當多個微透鏡12中的一些或者所有相鄰微透鏡12彼此靠近，使得微透鏡12的外圍部分重疊時，形成具有重疊的透鏡部分被直接切割掉的透鏡形狀的多個微透鏡12，使得該多個微透鏡12彼此相鄰，使得入射到每一個微透鏡12上的圖像光線聚焦在對應的光電二極管11的相同位置上。
一個微透鏡12設置在構成橫向上的兩個像素的光電二極管11上方以便和該光電二極管11對應。該一個微透鏡12包括在平面圖中在橫向上分別和兩個相鄰的光電二極管11對應的兩個微透鏡12a和12b。每一個光電二極管11的中心位置Cl被設置成和相應的兩個微透鏡12a和12b中的每一個的光軸C2匹配。
例如，在CMOS圖像傳感器中，當一個輸出放大器被多個光電二極管(此處是兩個光電二極管)共用時，相鄰的光電二極管可以不以相等的間隔設置。在實施例1中，行方向(水平方向)上相鄰光電二極管11中每一個的位置不是相等的，而是在每一個像素中是各不相同的，并且在每一個兩像素單元中的光電二極管11的位置根據順序而不同。
形成設置在構成像素的各個光電二極管11上方的兩個微透鏡12，使其在兩個相鄰的光電二極管11靠近的位置上彼此重疊，使得微透鏡12設置在光電二極管11的正上方以便和該光電二極管11對應。這樣，在每一個像素單元中的光電二極管11的位置根據順序(行方向)而不同(或者在每一個兩像素單元中微透鏡12的位置根據順序而不同)的方向上，
15微透鏡12在兩個像素為每一組中以相等的間隔設置。換言之，每一兩像素單元中兩個微透鏡12之間的間隔不同于兩像素單元中兩個微透鏡12分為的一組和兩像素單元中兩個微透鏡12分為的另 一組之間的間隔。兩像素單元中兩個微透鏡12分為的一組和兩像素單元中兩個微透鏡12分為的另 一組之間的間隔要大于兩像素單元中兩個微透鏡12之間的間隔。
下文中，對具有上述結構的實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備10的特征進行說明。
首先，參考圖2對下述情形進行說明，即圖像光線從微透鏡12的正上方入射到光接收區(qū)域的中央部分。如圖2所示，在固態(tài)圖像捕獲設備10中，在芯片的中央部分(光接收區(qū)域的中心部分)，從正上方入射到每一個微透鏡12上的圖像光線聚焦在對應的一個光電二極管11的中央部分上。如上所述，光線能夠被微透鏡12聚焦在光電二極管11的中央部分。因此，可以獲得具有優(yōu)秀的光接收靈敏度和亮度遮蔽特性的固態(tài)圖像捕獲設備IO。
接下來，參考圖3對下述情形進行說明，即圖像光線相對于微透鏡12從傾斜方向入射到光接收區(qū)域的外圍部分上。
圖3是示意性示出從傾斜方向入射到圖1中的固態(tài)圖像捕獲設備的芯片外圍上(光接收區(qū)域的邊緣部分)的光線的光聚焦特性的縱向橫截面圖。
在固態(tài)圖像捕獲設備10的芯片外圍，當傾斜的光線入射到微透鏡12上時，在圖16示出的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100A中，每個像素中光電二極管上的光聚焦位置是不相同的。相比之下，在實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備10中，如圖3所示，光線能夠聚焦到基本相同的位置上(例如，中央部分或者中心)。因此，不會像常規(guī)固態(tài)圖像捕獲設備100A那樣，產生每個像素中的亮度遮蔽特性各不相同的問題。因此在每個像素中，在光接收區(qū)域的中央部分和外圍部分能夠獲得相同的亮度遮蔽特性。
下面參考圖4A和圖4B說明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備IO的制造方法的例子。
圖4A和圖4B都是用于說明實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備10的制造方法的局部平面圖。
首先，如圖4A所示，在二維地形成了多個光電二極管11的基板上，通過光刻法等設置透鏡材料，使得和在每一個像素單元中根據順序而具有不同位置的兩個光電二極管11中的一個相對應。對透鏡材料執(zhí)行熱處 理，在每隔一個光電二極管11上方形成具有預定透鏡形狀(該形狀通過
切割球體的一部分或者近似球體的一部分而得到)的第一微透鏡12a和 第二微透鏡12b，且在每一個微透鏡之間沒有接觸。換言之，被粗線包圍 的第一微透鏡12a和第二微透鏡12b以棋盤格狀圖案在行方向和列方向 上在每隔一個光電二極管11上方形成。
接下來，如圖4B所示，通過光刻法等設置透鏡材料，使其和在每一 個像素單元中根據順序而具有不同位置的兩個光電二極管ll中的另一個 光電二極管(其上方沒有形成第一微透鏡12a和第二微透鏡12b的光電 二極管ll)相對應。對透鏡材料執(zhí)行熱處理，形成具有預定透鏡形狀(該 形狀通過切割球體的一部分或者近似球體的一部分而得到)的第一微透 鏡12a和第二微透鏡12b，從而和與對應的第一微透鏡12a和第二微透鏡 12b成對形成的、相應事先形成的第二微透鏡12b和第一微透鏡12a的一 側重疊。
常規(guī)的，當微透鏡彼此重疊且附著時，在一些情況下，透鏡在被硬 化后被彼此拉開，從而導致透鏡表面變形，由于產生內部應力而破裂， 或者透鏡不能用的情況。這樣，在實施例1中，形成和硬化要被重疊的 多個微透鏡12之一，然后形成和硬化要被重疊的另一個微透鏡12。從而 通過分兩步單獨形成微透鏡12 (笫一微透鏡12a和第二微透鏡12b )，解 決了上述問題。因此，即使當多個微透鏡12中的一個和另一個重疊時， 可以使第一微透鏡12a和第二微透鏡12b的位置以任意方式成對地彼此 靠近。如上所述，可以減小微透鏡12之間的位置間隙，且可以任意方式 設置它們的位置。因此，例如，考慮到每一光電二極管11的位置、光接 收靈敏度和遮蔽特性，能夠將微透鏡12很容易地分別設置在最佳位置， 從而使每一個光電二極管11的中心位置C1和每一個相應微透鏡12的光 軸C2相匹配。
(實施例2 )
實施例2將說明下述情況，即平面圖中實施例1的第一微透鏡2a和 第二微透鏡2b是圓形的(或者近似圓形或者橢圓形)，且曲率不變。
圖5是示出本發(fā)明實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備20的像素部分的示 例性基本結構的平面圖。圖6是示意性示出沿圖5中的線B-B'切割后的 部分的縱向橫截面圖。在圖5和圖6給出的實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備20中，微透鏡12 設置在構成像素的光電二極管21上方以便和光電二極管21對應。在每 一個像素單元中，光電二極管21的位置根據順序而不同。在平面圖中， 光電二極管21的中心位置Cl和對應的微透鏡22的光軸C2匹配。和實 施例1的固態(tài)圖像捕獲設備IO相比，固態(tài)圖像捕獲設備20中的微透鏡 22的曲率更加恒定。平面圖中微透鏡22的形狀為圓形和部分球形。形成 行方向(橫向)上的兩個相鄰像素，使其彼此重疊。這里，每一個像素 單元中光電二極管21的位置僅僅根據列方向(縱向)的順序而不同。
形成設置在構成像素的各個光電二極管21上方的兩個微透鏡22，使 其在相鄰光電二極管21彼此靠近的位置上彼此大部分重疊，使得微透鏡 22設置在光電二極管21上方以便和光電二極管21對應。此外，形成位 于相應光電二極管21上方的兩個微透鏡22，使其彼此在相鄰光電二極管 21彼此遠離的位置上彼此小部分重疊。這樣，在每一個兩像素單元中微 透鏡22的位置根據順序(行方向)而不同的方向上設置微透鏡12。
因此，從正上方入射到每一個微透鏡22上的圖像光線聚焦在相應光 電二極管21中的每一個的中心位置Cl (中心部分)上，如圖6所示。這 樣，光線能夠聚焦在每個光電二極管21的中央部分上。因此，可以獲得 具有良好的光接收靈敏度和亮度遮蔽特性的固態(tài)圖像捕獲設備20。當傾 斜光線入射到每一個微透鏡22上時，和圖3示出的實施例1的固態(tài)圖像 捕獲設備10的情形相同，光線能夠聚焦在芯片中央部分處在每一個光電 二極管11上的近似相同位置上(例如，中央部分或者中心)。因此，在 每一像素中可以獲得相同的亮度遮蔽特性。
而且，微透鏡22的曲率恒定。這樣，可以將圖像光線聚焦在一點上。 因此，可以進一步改善光接收靈敏度。此外，這里，微透鏡22的圓周部 分在所有四個方向上(兩個;f黃向和兩個縱向)彼此重疊，從而可以抑制 間隙的存在。因此，可以進一步改善光接收靈敏度。
下文中，參考圖7A和圖7B詳細說明實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備 20的制造方法的例子。
圖7A和圖7B是實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備20的制造方法的步驟 的局部視圖。
首先，如圖7所示，在以矩陣形成了多個光電二極管21的基板上， 通過光刻法等設置透鏡材料，使得和在每一個像素單元中根據順序而具有不同位置的兩個光電二極管21中的一個相對應。對透鏡材料執(zhí)行熱處 理，在每隔一個光電二極管21上方形成具有透鏡形狀的第一微透鏡22a 和第二微透鏡22b，且在每一個微透鏡之間沒有接觸。換言之，在平面圖 中具有部分球形形狀的第一微透鏡22a和第二微透鏡22b(該形狀通過切 割球體的一部分而得到)以棋盤格狀圖案在行方向和列方向上形成在每 隔一個光電二極管21上方。
接下來，如圖7B所示，通過光刻法等設置透鏡材料，使其和在每一 個像素單元中根據順序而具有不同位置的兩個光電二極管21中的另一 個光電二極管ll對應。對透鏡材料執(zhí)行熱處理，形成具有透鏡形狀的第 一微透鏡12a和第二微透鏡12b，它們位于每隔一個光電二極管21上方， 且它們沒有相互附著。換言之，在平面圖中具有部分球形形狀的第一微 透鏡22a和第二微透鏡22b (該形狀通過切割球體的一部分而得到)形成 在這樣的光電二極管21上方在該光電二極管21上還沒有形成第一微 透鏡22a和第二微透鏡22b，使得和相應的事先形成的第二微透鏡22b 和第一微透鏡22a重疊。
常規(guī)的，如上所述，當微透鏡彼此附著時，在一些情況下，透鏡在 被硬化后被彼此拉開，從而導致透鏡表面變形，由于產生內部應力而破 裂，或者透鏡不能用的情況。這樣，在實施例2中，形成和硬化要被重 疊的多個微透鏡22之一，然后形成和硬化要被重疊的另一個微透鏡22。 從而通過分兩步單獨形成微透鏡22 (第一微透鏡22a和第二微透鏡22b ) 解決了上述問題。因此，通過設置大的重疊部分和小的重疊部分，可以 以任意方式設置第一微透鏡22a和第二微透鏡22b的位置。如上所述， 能夠以任意方式設置微透鏡22的位置。因此，例如，考慮到每一光電二 極管21的位置、光接收靈敏度和遮蔽特性，能夠將微透鏡22很容易地 分別設置在最佳位置，從而使每一個光電二極管21的中心位置CI和相 應的每一個微透鏡22的光軸C2相匹配。
一般來說，入射到CCD傳感器或者CMOS傳感器上的圖像光線的入 射角從芯片的中心位置(光接收區(qū)域的中心部分)朝向外圍位置是增加 的。因此，在CCD傳感器或者CMOS傳感器中，為了改善亮度遮避特性， 采用的方法是，使光電二極管和相應的微透鏡之間的相關位置從芯片的 中心位置(光接收區(qū)域的中心部分)朝芯片的外圍位置偏離。事實上， 即使在實施例1的固態(tài)圖像捕獲設備10和實施例2的固態(tài)圖像捕獲設備20中，當每一個像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同時，也可以使 光電二極管和相應微透鏡之間的相關位置從芯片的中心位置(光接收區(qū) 域的中心部分)朝芯片的外圍位置按照順序地偏離。
此外，實施例1和實施例2描述的固態(tài)圖像捕獲設備10和固態(tài)圖像 捕獲設備20都具有下面的結構即通過形成和光電二極管對應的微透鏡， 讓圖像光線聚焦在光電二極管的中央部分(每一個光電二極管21的中心 位置Cl和相應每一個微透鏡22的光軸C2相匹配的結構)。這是為了將 光線聚焦在每個光電二極管的中央部分。但是，光電二極管和相應微透 鏡之間的相關位置不是始終匹配的，尤其是在芯片的外圍部分處。事實 上，光線僅僅必須聚焦在每一個光電二極管的同一位置上，并且不是必 須一定要聚焦在每一個光電二極管的中央部分上。關于微透鏡的曲率， 當曲率盡可能地恒定時，光接收靈敏度會得到改善。但是，微透鏡的曲 率不是必須恒定。
而且，實施例1和實施例2說明了下述情形，其中分別在兩步中形 成微透鏡。但是，本發(fā)明并不局限于此。可以在一個步驟中形成微透鏡， 使得微透鏡的圓周部分的至少一部分和相鄰的微透鏡接觸，并且每一個 像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。
而且，實施例1和實施例2說明了下述情形，其中在每一個兩像素 單元中微透鏡的位置根據順序而不同。但是，本發(fā)明并不局限于此。本 發(fā)明能夠應用于下述情形即每一個N像素單元(N是大于或者等于2的 整數)中微透鏡的位置根據順序而不同。在這種情況下，能夠以至少N 個步驟形成微透鏡，使相鄰的微透鏡彼此重疊。而且，可以在一個步驟 中形成微透鏡，使得微透鏡的圓周部分的至少 一部分和相鄰的微透鏡接 觸，并且每一個像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。
而且，實施例1和實施例2說明了下述情形其中在每個像素單元 中微透鏡的位置在行方向(水平方向)上根據順序而不同。但是，本發(fā) 明并不局限于此。僅僅在每一像素單元中相應光電二極管的位置根據順 序而不同的方向上，每個像素單元中微透鏡的位置必須根據順序而不同。 在每一個像素單元中微透鏡的位置可以僅僅在列方向(垂直方向)上根 據順序而不同?？晒┻x擇的是，.在每一個像素單元中微透鏡的位置可以 在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上都根據順序而不同。 (實施例3)
20實施例1和2說明了下述情形即光電二極管11或者21被分組為 兩個像素，每一個兩像素單元中光電二極管11或者21的位置僅僅在行 方向(水平方向)上根據順序而不同。實施例3對下述情形進行說明， 其中光電二極管被分組為四個像素，在每一個四像素單元中微透鏡的位 置在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上都根據順序而不同。
圖8是示出本發(fā)明實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30的像素部分的示 例性基本結構的平面圖。
在圖8的實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30中，在橫向和縱向上，在 構成四個像素的四個光電二極管31上方設置一個微透鏡32，以使其和四 個光電二極管31對應。在平面圖中，這一個微透鏡32分別包括與四個 光電二極管31對應的四個微透鏡32a至32d。每一個光電二極管31的中 心位置Cl和芯片的中央部分處的相應每個微透鏡32a至32d中的光軸位 置C2匹配，且中心位置C1和光軸位置C2朝著芯片的外圍部分偏離，使 得光線聚焦在每一個光電二極管31的預定位置上。
例如，在CMOS圖像傳感器中，當一個輸出放大器被多個光電二極管 共用時，相鄰光電二極管的位置之間的間隔不是均勻的。在實施例3中， 每一個相鄰光電二極管31在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向) 上的位置在每一個像素中是不同的。在每一個兩像素單元中，光電二極 管31的位置在行方向和列方向上根據順序而不同。在每一個四像素單元 中，光電二極管31的位置根據順序而設置。
換言之，設置在構成四個像素的相應光電二極管31上方的四個微透 鏡32a至32d被構造成為其在四個相鄰光電二極管31彼此靠近的位置上 以相同的數量和相應的微透鏡32a至32d重疊，以將微透鏡32形成在光 電二極管31上方。這樣，在四個像素單元中設置四個微透鏡，其中四個 微透鏡中的兩個設置在兩像素單元中的行方向上，另兩個設置在兩像素 單元中的列方向上。
因此，從正上方入射到每個微透鏡32上的圖像光線聚焦在芯片的中 央部分的相應光電二極管31中的每一個上。這樣，因為光線能夠聚焦在 每一個光電二極管31的中央部分上，所以可以獲得具有良好的光接收靈 敏度和亮度遮蔽特性的固態(tài)圖像捕獲設備30。此外，即使當傾斜的光線 入射到芯片的外圍部分的微透鏡32上，光線也能被每一個微透鏡32聚 焦到在相應的每個光電二極管31上的近似相同位置上(微透鏡32和相應光電二極管31之間的相對位置根據微透鏡32和相應光電二極管31是 否位于芯片的中央部分或者外圍部分而偏移)，從而在每一像素中都可以 獲得相同的亮度遮蔽特性。
下文中，參考圖9詳細說明實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30的制造 方法的一個例子。
圖9是用于說明實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30的生產方法的局部 平面圖。
如圖9所示，在四像素單元中的光電二極管31中，第一微透鏡32a 形成在頂部左邊的光電二極管31上方，第二微透鏡32b形成在頂部右邊 的光電二極管31上方，第三微透鏡32c形成在底部左邊的光電二極管31 上方，第四微透鏡32d形成在底部右邊的光電二極管31上方。它們在四 個步驟中按順序形成，以便與各個微透鏡32a至32d的一部分以相同的 數量被重疊。
如上所述，通過在四個步驟中形成微透鏡32a至32d，能夠依照各個 光電二極管31以任意方式設置第一微透鏡32a、第二微透鏡32b、第三 微透鏡32c和第四微透鏡32d的位置。如上所述，因為微透鏡32的位置 (微透鏡32a至32d)能夠以任意方式設置，所以能夠在考慮到每一個光 電二極管31的位置、光接收靈敏度和遮蔽特性的情況下，例如分別將微 透鏡32 (微透鏡32a至32d)容易地設置在最佳位置，從而使每一個光 電二極管31的中心位置Cl和每一個相應的微透鏡32a至32d的光軸C2 相匹配。
(實施例4 )
實施例3說明了下述情形，即光電二極管被分組為四個像素，在每 一個四像素單元中光電二極管的位置在行方向(水平方向)和列方向(垂 直方向)上都根據順序而不同，并且設置微透鏡32 (微透鏡32a至32d) 以使其分別和四個光電二極管對應。實施例4將說明下述情形，即光電 二極管被分組為四個像素，在每一個四像素單元中光電二極管的位置在 -f亍方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上都才艮據順序而不同，并且 i殳置微透鏡42A(微透鏡32Aa和42Ab)和微透鏡42B(微透鏡32Ba和 42Bb)，使它們在橫向或者縱向上分別和每一組兩個相鄰光電二極管對 應。
圖IO是示出本發(fā)明實施例4的固態(tài)圖像捕獲設備40的像素部分的示例性基本結構的平面圖。
在圖IO的實施例4的固態(tài)圖像捕獲設備40中，在橫向和縱向上構 成四個像素的四個光電二極管41中， 一個微透鏡"A設置在縱向上的兩 個相鄰光電二極管41上方，以便和兩個相鄰光電二極管41對應，在其 下方， 一個微透鏡42B設置在橫向上的兩個相鄰光電二極管41上方，以 便和兩個相鄰光電二極管41對應。微透鏡42A和42B分別包括兩個微透 鏡42Aa和42Ab與兩個微透鏡42Ba和42Bb，它們分別和設置在平面圖中 橫向上的兩個光電二極管41對應。光電二極管和相應微透鏡設置在例如 最佳位置，在該位置上，光線聚焦在每一個光電二極管41的相同位置(如 中央部分)上，使得每一個光電二極管41的中心位置Cl與相應每一個 微透鏡42Aa、 42Ab、 42Ba和42Bb的光軸位置C2相匹配。
當制造具有上述結構的固態(tài)圖像捕獲設備40時，第一微透鏡42Aa 和第四微透鏡42Bb、以及第三微透鏡42Ba和第二微透鏡42Ab在兩個步 驟中按順序形成，如圖10所示，使第二微透鏡42Ab和第一微透鏡42Aa 重疊，第三微透鏡42Ba和第四微透鏡42Bb重疊。
在這種情況下，盡管微透鏡42(第一微透鏡42Aa至第四微透鏡42Bb) 的位置相對于每一個光電二極管41的位置在列方向上稍稍偏移，也可以 將形成微透鏡42 (第一微透鏡42Aa至第四微透鏡42Bb)的步驟的數量 減少到兩步。
(實施例5 )
實施例5說明下述情形，即實施例3中微透鏡32a至32d在平面圖 中是圓形的(或者近似圓形或者橢圓形)，且曲率恒定。
圖11是示出本發(fā)明實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備50的像素部分的 示例性基本結構的平面圖。
在圖11中的實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備50中，微透鏡52設置在 構成四像素單元中構成像素的四個光電二極管51上方，以和四個光電二 極管51對應。每一個四像素單元中光電二極管51的位置根據順序而不 同。例如，每一個光電二極管51的中心位置Cl和相應每個微透鏡52a 至52d的光軸位置C2匹配，以使圖像光線聚焦在平面圖中每一個光電二 極管51的預定位置(例如中央部分)。實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備50 中微透鏡52a至52d的曲率要比實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30更恒定。 在平面圖中，微透鏡52a至52d的形狀是圓形的，是球體的一部分(該
23形狀通過切割球體或者近似球體的一部分而獲得，這里， 一側是透鏡球 面，也可以是兩側都為透鏡球面)。形成在行方向(橫向)和列方向(縱 向)上的相鄰微透鏡，使它們彼此重疊。這里，每一像素單元中光電二
極管51的位置根據行方向(橫向)和列方向(縱向)上的順序而不同。
四個微透鏡52a至52d設置在構成像素的相應光電二極管51上方， 以便在四個相鄰光電二極管51彼此靠近的位置上彼此大部分重疊，從而 使得微透鏡52 (微透鏡52a至52d)設置在光電二極管51上方，以和光 電二極管51對應。此外，形成設置在相應光電二極管51上方的四個微 透鏡52a至52d，以便使它們在四個相鄰光電二極管51彼此遠離的位置 上在橫向和縱向上彼此小部分重疊。這樣，四像素單元中四個微透鏡"a 至52d根據順序而設置，其中四個微透鏡中的兩個設置在行方向上，另 外兩個設置在列方向上。
因此，從正上方入射到微透鏡52a至52d中每一個上的圖像光線聚 焦在相應每個光電二極管51的中央部分上。這樣，光線聚焦在每個光電 二極管51的中央部分上。因此，可以獲得具有良好的光接收靈敏度和亮 度遮蔽特性的固態(tài)圖像捕獲設備。當傾斜的光線入射到相應每個微透鏡 52a至52d上時，光線能夠聚焦在每個光電二極管51的近似相同的位置 上(例如中央部分)。因此，可以在每個像素中獲得相同的亮度遮蔽特性。
而且，平面圖中為圓形的微透鏡52a至5M的曲率是恒定值。因此， 可以將圖像光線聚焦在一點上。從而可以改善光接收靈敏度。此外，這 里，微透鏡52a至52d的圓周部分在所有四個方向上(縱(列)向和橫 (行)向)彼此重疊。因此間隙的尺寸很小。在這種情況下，也可以進 一步改善光接收靈敏度。
下文中，參考圖12詳細說明實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備50的制 造方法的一個例子。
如圖12所示，第一微透鏡52a、第二微透鏡52b、第三微透鏡52c 和第四微透鏡52d都具有部分球形的形狀，且分四個步驟按順序形成在 相應光電二極管51上以彼此重疊。
以這種方式，通過在四個步驟中分別形成微透鏡52a至52d,且提供 相同數量的重疊部分(或者大的重疊部分和小的重疊部分)，可以以任意 方式設置第一微透鏡52a、第二微透鏡52b、第三微透鏡和第四微 透鏡52d的位置。如上所述，微透鏡52a至52d的位置能夠以任意方式設置。因此，能夠在考慮到每一個光電二極管51的位置、光接收靈敏度 和遮蔽特性的情況下，將微透鏡52a至52d容易地設置在最佳位置。
如上所述，根據實施例1至5，形成設置在各個光電二極管上方的微 透鏡，使的微透鏡的外圍部分和相應的相鄰的微透鏡重疊，并且每一個 像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。入射到每個微透鏡上的圖像 光線入射到相應每個光電二極管的近似相同位置上(例如中央部分)。這 樣，在每一個像素單元中光電二極管的位置根據順序而不同的固態(tài)圖像 捕獲設備中，可以改善光接收靈敏度和亮度遮蔽特性。
在實施例5中，四個微透鏡52a至52d被構造成彼此重疊。但是， 分別形成第一微透鏡52a和第四微透鏡52d、以及第二微透鏡52b和第 三微透鏡52c,使它們不相互重疊，如圖13所示。在這種情況下，第一 微透鏡52a和第四微透鏡52d、以及第二微透鏡52b和第三微透鏡52c 在兩個步驟中按順序形成。在這種情況下，盡管這四個微透鏡52a至52d 中每一個的位置相對于相應每個光電二極管51的位置在列方向上稍微偏 移，也可以將形成微透鏡的步驟的數量減少到兩步。
一般來說，從微透鏡入射到CCD傳感器或者CMOS傳感器上的圖像 光線的入射角從芯片的中心位置(光接收區(qū)域的中心部分)朝著外圍位 置是增加的。因此，在CCD傳感器或者CMOS傳感器中，為了改善亮度 遮蔽特性，采用的方法是使光電二極管和相應微透鏡之間的相對位置 從芯片的中心位置(光接收區(qū)域的中心部分)朝著芯片的外圍位置偏移。 事實上，即使在實施例3的固態(tài)圖像捕獲設備30、實施例4的固態(tài)圖像 捕獲設備40和實施例5的固態(tài)圖像捕獲設備50中，也可以使光電二極 管和相應微透鏡之間的相對位置從芯片的中心位置(光接收區(qū)域的中心 部分)朝著芯片的外圍位置順序地偏移，同時每一個像素單元中微透鏡 的位置根據順序而不同。
此外，實施例3至5已經說明了固態(tài)圖像捕獲設備30、固態(tài)圖像捕 獲設備40和固態(tài)圖像捕獲設備50，它們都具有下述結構，即通過形成微 透鏡以使其和光電二極管對應，將圖像光線聚焦在光電二極管的中央部 分上(例如，使每一個光電二極管的中心位置Cl和每一個微透鏡的光軸 位置C2匹配的結構)。這是為了讓光線聚焦在每個光電二極管的預定位 置(中央部分)。但是，光電二極管和相應微透鏡之間的相對位置不會總 是匹配的，特別是在芯片的外圍部分。事實上，光線僅僅是必須聚焦在每個光電二極管的相同位置上(中央部分附近的位置)，但不是必須聚焦 在每個光電二極管的中央位置上。關于微透鏡的曲率，當其曲率盡可能 地保持恒定時，可以改善光接收靈敏度。但是，微透鏡的曲率不是必須 保持恒定不變。
而且，實施例3到5說明了下述情形，即分兩步或四個步驟形成微 透鏡。但是，本發(fā)明并不局限于此?？梢栽谝粋€步驟中形成四個微透鏡， 使微透鏡的圓周部分的至少一部分和相鄰微透鏡接觸，且每一像素單元 中微透鏡的位置根據順序而不同。
此外，實施例3到5說明了下述情形，即每一個四像素單元中微透 鏡的位置根據順序而不同，四個微透鏡中的兩個以兩像素單元設置在行 方向上，另外兩個以兩像素單元設置在列方向上。但是，本發(fā)明也能夠 應用于下述情形，即在每一個K像素單元(K = Ix J)中微透鏡的位置根 據順序而不同，其中1(I是大于或者等于2的整數)個像素在行方向上， J (J是大于或者等于2的整數)個像素在列方向上。在這種情況下，可 以用I個步驟、J個步驟或者K個步驟形成微透鏡，使相鄰的微透鏡彼此 重疊。而且，可以在一個步驟中形成微透鏡，使微透鏡的圓周部分的至 少一部分和相鄰微透鏡接觸，且每一像素單元中微透鏡的位置根據順序 而不同。
而且，實施例1至5還說明了下述情形，其中當微透鏡中相鄰的一 些或者所有微透鏡彼此靠近，使相應微透鏡的外圍部分重疊時，設置具
有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡形狀的微透鏡以使它們彼此重疊，使入 射到每一個微透鏡上的光線聚焦在對應的光電二極管的相同位置上(中 心部分)。事實上，理想的是，將光線聚焦在每個光電二極管的相同位置 (中心部分)上。但是，有些情況是，由于制作工藝的限制，微透鏡中 的每一個不能形成在每個相應光電二極管上的相同位置的正上方。這樣，
光線聚焦范圍包括每一個光電二極管上的相同位置和其附近的位置。換 言之，光電二極管上聚焦光線的位置包括光電二極管上的預定位置范圍， 其在每個像素中顯示出相同的亮度特性，并且在每個像素中不會顯示不 同的亮度遮蔽特性。在任何情況下， 一些或者所有相鄰微透鏡彼此靠近， 各個微透鏡的外圍部分重疊，使得入射到每個微透鏡上的光線不會從對 應的光電二極管溢出，其僅僅聚焦在對應的光電二極管上。
而且，實施例1-5說明了下述情形，其中將本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備應用于CMOS圖像傳感器，且一個輸出放大器由預定數量的光電二極 管共用。但是，本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲設備還可 以用于CCD圖像傳感器。
而且，實施例1-5沒有作出具體說明。這里，將對具有利用實施例 1-5的固態(tài)圖像捕獲設備10-50中的任何一個作為圖像捕獲部件的例如 數碼相機(例如數字攝像機、數字照相機)、圖像輸入照相機、圖像輸入 設備(例如掃描儀、傳真機和具有照相機的蜂窩電話)的電子信息設備 進行說明。本發(fā)明的電子信息設備包括下述部件中的至少一個存儲裝 置(例如記錄介質)，用于在對要記錄的圖像數據執(zhí)行預定的信號處理之 后，利用本發(fā)明實施例1-5的固態(tài)圖像捕獲設備10-50中的任何一個作 為圖像捕獲部件，記錄高質量的圖像數據；顯示裝置(例如液晶顯示裝 置)，用于在對要顯示的圖像數據執(zhí)行預定的信號處理之后，在顯示屏(例 如液晶顯示屏)上顯示圖像數據；通信裝置(例如發(fā)送和接收裝置)，用 于在對要傳遞的圖像數據執(zhí)行預定的信號處理之后，傳輸這些圖像數據； 以及圖像輸出裝置，用于打印和輸出這些圖像數據。
如上所述，本發(fā)明利用優(yōu)選實施例1-5作為例子。但是，不應該僅 僅基于上述實施例1-5來解釋本發(fā)明。要理解的是，應該基于權利要求 來解釋本發(fā)明的范圍，且本領域技術人員可以在本發(fā)明優(yōu)選實施例l-5 的詳細說明的基礎上，基于本發(fā)明的說明書和公知常識實施該技術的等 價變換。此外，要理解在本說明書中引用的任何專利、任何專利申請和中。
工業(yè)實用性
根據本發(fā)明，在下述領域固態(tài)圖像捕獲設備，其中每個像素單元 中相鄰光電轉換部件的位置根據順序而不同，以及來自物體的圖像光線 被每個光電轉換部件進行光電轉換，然后被圖像拍攝；固態(tài)圖像捕獲設 備的制造方法，利用固態(tài)圖像捕獲設備作為圖像輸入設備的電子信息設 備(例如數字照相機(數碼攝像機、數碼相機等)、圖像輸入照相機、掃 描儀、傳真機、具有相機等的蜂窩電話)，在光電二極管的位置根據順序 而不同的方向上，每一個像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同。因 此，可以改善每個像素中的靈敏度，也可以改善亮度遮蔽特性。因此， 可以使光線入射到每個光電二極管的近似相同位置上?？梢允姑恳粋€像
27素單元中其位置根據順序而不同的像素上的亮度遮蔽特性均勾。通過以 多個步驟形成微透鏡，可以在考慮到每個光電二極管的位置、光接收靈 敏度和亮度遮蔽特性的情況下，容易地將微透鏡設置在最佳位置。此外， 使微透鏡的外圍部分的至少一部分和相鄰微透鏡接觸，使每一像素單元 中微透鏡的位置根據順序而不同，可以減少形成微透鏡的步驟的數量。
權利要求
1. 一種固態(tài)圖像捕獲設備，包括多個光接收部件，其在每一像素單元中的位置根據順序而不同；多個微透鏡，其設置在多個光接收部件的上方以和該多個光接收部件對應；其中其中這些微透鏡中的一些或者所有的相鄰微透鏡彼此靠近，使得它們各自的外圍部分重疊，且這些微透鏡被形成為具有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡的形狀，以使微透鏡彼此相鄰，使入射到每一微透鏡上的光線聚焦在對應的光接收部分的相同位置上。
2. 根據權利要求l的固態(tài)圖像捕獲設備，其中相鄰的微透鏡形成為使微透鏡的外圍部分的至少一部分與相鄰微透鏡重疊。
3. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中相鄰的微透鏡形成為使得具有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡形狀的相鄰的微透鏡被布置成彼此接觸。
4. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中相鄰的微透鏡形成為使使得具有重疊的透鏡部分被切掉的透鏡形狀的相鄰的微透鏡被布置成彼此以預定間隙遠離。
5. 根據權利要求l的固態(tài)圖像捕獲設備，其中微透鏡的位置根據各個光接收部件之間的間隙而不同。
6. 根據權利要求l或5的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡被設置成使每一個兩像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同。
7. 根據權利要求1或5的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡被設置成使每一個N像素單元(N是大于或等于3的整數)中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同。
8. 根據權利要求1或5的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個四像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，其中四個光接收元件中的兩個和四個微透鏡中對應的兩個設置在行方向，該光接收元件和該微透鏡的各自中的另外兩個設置在列方向上。
9. 根據權利要求1或5的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個K像素單元(K= I x J)中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，I個像素(I是大于或等于2的整數)設置在行方向，J個像素(J是大于或等于2的整數)設置在列方向上。
10. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡被設置成使每一個兩像素單元中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，每一個兩像素單元中的兩個微透鏡設置在兩個相鄰的光接收部件的上方以便和兩個相鄰的光接收部件對應，并且兩個微透鏡彼此重疊或者彼此接觸。
11. 根據權利要求1或10的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且每一個兩像素單元中相鄰微透鏡的位置在行方向和列方向上4艮據順序而不同。
12. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡被設置成使每一個N像素單元(N是大于或等于3的整數)中光接收部件和微透鏡的位置根據順序而不同，每一個N像素單元(N是大于或等于3的整數)中的N個微透鏡設置在N個相鄰的光接收部件的上方以便和N個相鄰的光接收部件對應，并且N個微透鏡彼此重疊或者彼此接觸。
13. 根據權利要求1或12的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且每一個N像素單元(N是大于或等于3的整數)中相鄰微透鏡的位置在行方向和列方向上才艮據順序而不同。
14. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個四像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同，四個光接收元件中的兩個和四個微透鏡中對應的兩個設置在行方向，該光接收元件和該微透鏡的各自中的另外兩個設置在列方向上，且每一個四像素單元中四個微透鏡設置在四個相鄰的光接收元件的上方以和該四個相鄰的光接收元件對應，四個微透鏡彼此重疊或者彼此接觸。
15. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件和微透鏡以矩陣設置，并且在每一個K像素單元(K = I x J )中微透鏡的位置根據順序而不同，I個像素(I是大于或等于2的整數)設置在行方向，J個像素(J是大于或等于2的整數)設置在列方向上，且每一個K像素單元中的微透鏡設置在相鄰的光接收元件的上方以和該相鄰的光接收元件對應，微透鏡彼此重疊或者彼此接觸。
16. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中微透鏡的形狀在平面圖中為圓形、近似圓形或者橢圓形，其曲率是恒定值。
17. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中微透鏡的外圍部分被形成為使其在兩個方向上即兩個橫向上或者兩個縱向上，或者在四個方向上即兩個橫向和兩個縱向上與相鄰的微透鏡重疊或者接觸。
18. 根據權利要求17的固態(tài)圖像捕獲設備，其中設置在相應光接收部件上方的微透鏡被形成為其在相鄰的光接收部件彼此靠近的位置上彼此大部分重疊，且設置在相應光接收部件上方的微透鏡被形成為其在相鄰的光接收部件彼此遠離的位置上彼此小部分重疊。
19. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中每一像素單元中微透鏡的位置根據順序而不同，且在光接收部件和相應微透鏡之間的相對位置從芯片的中心朝向芯片的外圍部分偏移，以使得光線聚焦在每一個光接收部件上。
20. 根據權利要求l、 18和19中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備，其中每一個光接收部件上聚焦光線的位置是該光接收部件上的預定位置范圍，其在每一像素中顯示出了相同的亮度特性。
21. 根據權利要求1、 18到20中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備，其中每一個光接收部件上聚焦光線的位置是每一個光接收部件上的相同位置。
22. 根據權利要求l、 18到21中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備，其中每一個光接收部件上聚焦光線的位置是每一個光接收部件上的中央部分。
23. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中光接收部件是用于執(zhí)行對光線的光電轉換的光電轉換部件。
24. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中該固態(tài)圖像捕獲設備是CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
25. 根據權利要求1的固態(tài)圖像捕獲設備，其中一個輸出放大器由每一組預定數量的光接收部件共用。
26. —種制造固態(tài)圖像捕獲設備的方法，用于制造根據權利要求1-3中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備，該方法包括以下步驟形成微透鏡的第一步驟，該微透鏡在多個微透鏡中并不彼此接觸；形成微透鏡的笫二步驟，在還沒有形成的多個微透鏡中，該微透鏡在行方向和列方向中的至少一個方向上并不相互接觸，使得它們和事先形成的相鄰微透鏡重疊或者接觸，其中重復第二步驟，直到在所述多個微透鏡中不存在尚未形成的微透鏡。
27. —種制造固態(tài)圖像捕獲設備的方法，用于制造根據權利要求l、3和4中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備，該方法包括以下步驟形成具有重疊的透鏡部分在行方向和列方向中的至少一個方向上被切掉的透鏡形狀的相鄰的多個微透鏡，以使得彼此接觸或者彼此以預定間距隔開。
28. —種電子信息設備，其使用根據權利要求1-25中任一項所述的固態(tài)圖像捕獲設備作為圖像捕獲部件。
全文摘要
在每個像素中光電二極管的位置根據順序而不同的固態(tài)圖像捕獲設備中，改善光接收靈敏度和亮度遮蔽特性。設置在對應的光電二極管11上方的微透鏡12的圓周部分被形成為使和相鄰的微透鏡12重疊，且每一像素單元中多個微透鏡12的位置根據順序而不同。使入射到每個微透鏡12上的圖像光線入射到每個相應光電二極管11的近似相同位置上。
文檔編號H04N5/361GK101490845SQ200780026968
公開日2009年7月22日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權日2006年5月16日
發(fā)明者小西智廣 申請人:夏普株式會社