CN101668133A - 固体摄像装置及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体摄像装置，具备：多个受光部，在半导体基板上的图像区域内以相同间距配置，入射来自摄像光学系统的出射光；多个聚光用透镜，分别配置在多个受光部的上部；以及多个遮光部，分别设在多个受光部的一端。多个聚光用透镜在图像区域的第一方向的周边部以第一间距配置，在与第一方向相对的第二方向的周边部以比第一间距小的第二间距配置。

Description

固体摄像装置及其设计方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2008年9月5日提交的在先申请日本专利申请2008-228328并且要求该优先权，其全部内容都通过引用的方式并入于此。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置及其设计方法，例如涉及带摄像机的便携式电话机等中搭载的、CCD(电荷耦合器件：Charged Coupled Device)型或CMOS(互补金属氧化物半导体：Complementary Metal OxideSemiconductor)型的图像传感器(image sensor)。
背景技术
以往，例如在带摄像机的便携式电话机中，作为固体摄像装置，广泛使用CCD型或CMOS型的图像传感器。在这些图像传感器中，为了提高光检测效率，对于每个像素，在光电二极管的光入射面侧设有聚光性的微透镜。
通常，从摄像机透镜(摄像光学系统)出射并向各像素的光电二极管入射的光的角度，在图像区域的中央部与周边部不同。因此，随着像高增大，即伴随着从图像区域的中央部向周边部远离，将微透镜的位置从光电二极管的中心位置沿图像区域的中央部方向逐渐错开而进行布置。由此，谋求各像素上的光感度(聚光效率)的均匀化。
例如，在具有遵循近轴光线近似的透镜特性的摄像机透镜的情况下，布置微透镜(微透镜的排列间距一定)，以使微透镜的排列间距比光电二极管的排列间距小得相同，随着像高增大，微透镜与光电二极管的位置的偏移量逐渐增大。即，对图像区域的周边部的光电二极管，光倾斜入射。因此，从图像区域的中央部至周边部，从图像区域的中央部至周边部，沿图像区域的中央部方向，使微透镜相对于光电二极管的位置一点点偏移。像这样，通过布置各像素，可以改善图像区域的周边部的光电二极管上的聚光效率。由此，能够校正图像区域的周边部上的阴影，结果，在图像区域的几乎整个区域上，可以确保相同程度的聚光效率。
另外，作为类似的技术，还进行了以下尝试，即：使微透镜的排列间距比光电二极管的排列间距小，并使图像区域的周边部上的微透镜的位置各自从光电二极管的中心位置沿图像区域的中央部方向错开，从而减轻阴影(参照例如日本专利No.2600250)。
另一方面，关于透镜特性不遵循近轴光线近似的摄像机透镜的情况，存在如下方案。
例如，在来自摄像光学系统的最终面的主光线的出射角随着像高距离光轴的增加而不一律单调增加的摄像机透镜的情况下，在从图像区域的中央部到周边部的规定位置为止的至少一部分区域中，缩小微透镜的排列间距，在超过规定位置的周边部的至少一部分区域中，使微透镜的排列间距比上述排列间距大，从而可以进行阴影(shading)校正。(参照例如日本专利公开No.2004-228645)。
例如，在来自摄像光学系统的最终面的主光线的出射角以从光轴至某像高为止增加、若超过该像高则减小的方式变化的摄像机透镜的情况下，在摄像机透镜的出射光瞳位置的绝对值较大的区域，缩小微透镜的排列间距，在出射光瞳位置的绝对值较小的区域，增大微透镜的排列间距，从而在图像区域的整个区域中，确保相同程度的聚光效率(参照例如日本专利公开No.2006-237150)。
但是，在最近的图像传感器中，随着像素的精细化，包括栅极电极在内的布线的布置日益困难，由于布线而遮挡入射光的一部分、损失对于光电二极管的入射光的情况日益无法避免。例如，在像素间距(光电二极管的排列间距)为1.4μm的图像传感器的情况下，若在光电二极管之间配置具有0.2μm的布线宽度的1根布线，则由于(1.4μm-0.2μm)÷2＝0.6μm，布线与各光电二极管之间的距离成为0.6μm。来自红色的被摄物的反射光的波长大致从600nm至700nm。因此，如果考虑波动光学效果，则需要以入射光的一部分由于布线而损失为前提，设计像素间距小的图像传感器。
总之，随着像素精细化，布线的布置变得困难，则由于布线的布置，像素的布置相对于光电二极管的中心，在左右或上下变得不对称(像素的布置在图像区域内是一样的)。例如，在各像素中，设栅极电极配置在光电二极管的右侧。这样，栅极电极设置为各自部分覆盖光电二极管的右侧。因此，与图像区域的右方向的周边部相比，在左方向的周边部的像素中，由于栅极电极，结果较多的入射光被遮挡。即，在图像区域的左方向的周边部与右方向的周边部中，入射光所入射的方向不同，因此左方向的周边部的像素被栅极电极遮挡的入射光的损失较多。也可以考虑在光电二极管的左侧也设置栅极电极(伪布线)，同样覆盖光电二极管的左侧，从而使栅极电极对入射光的遮挡均等，但这不适于精细化。因此，在由于像素的精细化而布线的边距的确保日益严峻的图像传感器中，如果不考虑布线的布置来控制微透镜相对于光电二极管的偏移量，则存在图像区域的整个区域中难以提高聚光效率的问题。
发明内容
本发明的第一方式所涉及的固体摄像装置具备：多个受光部，在半导体基板上的图像区域内以相同间距配置，入射来自摄像光学系统的出射光；多个聚光用透镜，分别配置在上述多个受光部的上部；以及多个遮光部，分别设在上述多个受光部的一端；上述多个聚光用透镜在上述图像区域的第一方向的周边部以第一间距配置，在与上述第一方向相对的第二方向的周边部以比上述第一间距小的第二间距配置。
本发明的第二方式所涉及的、第一方式的固体摄像装置的设计方法包括：分别计算经由上述多个聚光用透镜、入射来自上述摄像光学系统的射出光的上述多个受光部的光感度，并根据该计算结果，计算各像高上上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量的最佳值，并按照该偏移量的最佳值，对上述多个聚光用透镜的布置进行设计。
本发明的第三方式所涉及的、第一方式的固体摄像装置的设计方法包括：决定上述多个受光部的布置；得到上述摄像光学系统的透镜特性；对于各像高，计算相对于上述多个聚光用透镜的偏移量的光感度依赖性；根据上述计算结果，计算对于各像高的、上述多个聚光用透镜的偏移量的最佳值；按照上述偏移量的最佳值来制作等高线图；以及根据上述等高线图，对上述多个聚光用透镜的布置进行设计。
附图说明
图1A及图1B表示按照本发明的第一实施方式的、固体摄像装置(CMOS型图像传感器)的结构例，图1A是俯视图，图1B是沿着IB-IB线的剖面图。
图2是为了说明在图1A及图1B所示的CMOS型图像传感器中、各像高上的光电二极管与微透镜的排列间距而表示的图。
图3A及图3B表示图1A及图1B所示的CMOS型图像传感器的应用例，图3A是表示摄像机模块的基本构造的剖面图，图3B是表示CMOS型图像传感器与摄像机透镜之间的关系的侧视图。
图4A至图4C表示图1A及图1B所示的CMOS型图像传感器中的像素的结构例，图4A是俯视图，图4B是沿着IVB-IVB线的剖面图，图4C是沿着IVC-IVC线的剖面图。
图5是对于图像区域的左右端部的像素，比较地表示微透镜的偏移量与光感度依赖性之间的关系的图。
图6是用于说明在设计图1A及图1B所示的CMOS型图像传感器时、将微透镜的偏移量设定为最佳值的方法而示出的流程图。
图7是用于说明图6所示的、将微透镜的偏移量设定为最佳值的方法而示出的图。
图8A及图8B是用于说明图6所示的、将微透镜的偏移量设定为最佳值的方法而示出的图。
图9A至图9B是为了对比而示出的、以往的CMOS型图像传感器的结构图。
图10是为了对比，用于说明以往的CMOS型图像传感器中的、光电二极管及微透镜的排列间距而示出的图。
具体实施方式
结合附图来说明本发明的实施方式。需要注意的是，附图仅是示意性的，并不按照比例。下列实施方式基于实施本发明的技术方案的装置和方法，该技术方案并不限定本发明的材料、形状、结构或组成构造。在不脱离本申请发明的范围的条件下，可以对该技术方案进行各种变化和变形。
(第一实施方式)
图1A及图1B表示按照本发明的第一实施方式的固体摄像装置的基本结构。在此，以带摄像机的便携式电话机等所搭载的CMOS型的区域传感器(CMOS型图像传感器)为例进行说明。例如是以下情况的例子：对于透镜特性遵循近轴光线近似的摄像机透镜(摄像光学系统)的使用，根据图像区域内的像素的位置(像高)来改变微透镜(聚光用透镜)的缩放量(以下为偏移量)，以使无论在图像区域内的哪个区域的像素，都能够将从摄像机透镜的最终面出射的光有效地入射至光电二极管(受光部)。特别说明为了防止图像区域的周边部的聚光效率的下降、谋求阴影特性的改善(减轻)的情况。其中，本实施方式是以下情况的例子(像素间距一定)：通过使微透镜的排列间距在图像区域的左/右方向(X方向)的周边部不同，从而能够解决以下问题，即：在左右的周边部的某一方的像素中，无法将微透镜的偏移量设定为最佳值。其中，图1A是图像传感器10中设置的图像区域11a的俯视图，图1B是沿着图1A的IB-IB线的剖面图。
如图1A及图1B所示，在半导体基板11的表面部，形成有图像区域11a。在上述图像区域11a内，以二维状配置有多个光电二极管(PD)13。在本实施方式的情况，上述多个光电二极管13各自排列间距P相同(P12＝P23＝P34＝P45)。
在上述半导体基板11的表面部上，设置了具有均匀的厚度的透光膜15。在该透光膜15内，设有包括用于驱动上述各光电二极管13的栅极电极在内的多条布线17。多条布线17还作为遮光膜工作。多条布线17例如设置为接近上述光电二极管13，分别配置为栅极电极仅部分地与上述光电二极管13的右侧重叠。即，多条布线17分别在光电二极管13的左侧与右侧，对于光电二极管13的布置不同。
另一方面，在上述透光膜15的表面部上，与各自的光电二极管13相对应地设有聚光性的微透镜(ML)19。在本实施方式的情况下，上述微透镜19的排列间距L在图像区域11a内不是一样的，例如，在图像区域11a的右方向的周边部，排列间距L小，而在左方向的周边部，排列间距L大(L12＝L23＞L34＝L45)。另外，微透镜19的排列间距L比光电二极管13的排列间距P小(L12＝L23＞L34＝L45＜P12＝P23＝P34＝P45)。
另外，在实际的CMOS型图像传感器中，在图像区域内布置了更多的像素。
图2表示各像高的、光电二极管与微透镜的排列间距的关系。
在本实施方式的情况下，无论是怎样的像高，光电二极管13的排列间距P都保持一定(例如，3.30μm)。与此相对，微透镜19的排列间距L设定为在图像区域11a的左方向的周边部与右方向的周边部是不同的值。例如，在左方向的周边部，排列间距L(LL)为3.28μm，而在右方向的周边部，排列间距L(LR)为3.26μm。
像这样，在微透镜19的右方向的周边部上的排列间距LR比左方向的周边部上的排列间距LL小的情况(LR＜LL)下，对于各像高，图像区域11a的右方向的周边部，比起左方向的周边部的像素，向图像区域11a的中央部方向的、上述微透镜19相对于上述光电二极管13的中心位置的偏移量Δ较大。
例如图1B所示，如果设多个光电二极管13之中、位于图像区域11a的中央部的光电二极管PD3为与摄像机透镜(未图示)的中心位置对应的光电二极管，则图像区域11a的左方向的周边部的、微透镜ML1相对于光电二极管PD1的中心位置的偏移量Δ为Δa。与此对应，图像区域11a的右方向的周边部的、微透镜ML5相对于光电二极管PD5的中心位置的偏移量Δ为比Δa大的Δe(Δe＞Δa＞0)。另外，图像区域11a的左方向的周边部的、微透镜ML2相对于光电二极管PD2的中心位置的偏移量Δ为Δb，与此对应，图像区域11a的右方向的周边部的、微透镜ML4相对于光电二极管PD4的中心位置的偏移量Δ为比Δb大的Δd(Δd＞Δb＞0)。其中，微透镜ML3相对于光电二极管PD3的中心位置的偏移量Δ为Δc，Δc＝0。
在此，对于各像素，布线17相对于光电二极管13的布置不是左右对称(各向同性)的情况下，例如如上所述，在栅极电极仅部分与光电二极管13的右侧重叠的情况下，图像区域11a的左右的周边部上的微透镜19的偏移量(偏差量)Δ的最佳值不同。即，根据从光电二极管13的中心到相邻的左右的布线17为止的距离的远近，在图像区域11a的左方向的周边部的像素与右方向的周边部的像素，相对于入射光的入射方向的角度不同。因此，在图像区域11a的左右的周边部，分别独立地设定微透镜19的排列间距L，从而可以抑制各像素中、入射光的一部分被布线17遮挡的现象的产生，提高全部光电二极管13的入射光的聚光效率。即，根据各像高，分别设定左右的周边部上的微透镜19的偏移量Δ的最佳值，以使相对于入射光的入射方向的、光电二极管13的光感度成为最大，从而可以在图像区域11a的几乎整个区域，确保相同程度的聚光效率。
另外，在上述图像区域11a的左右的周边部的各像素，虽然各个微透镜19的偏移量Δ的最佳值在左右的周边部的各像素上的偏移量Δ不同，但随着像高增大，越靠端部的像素越大(Δa＞Δb，Δe＞Δd，而且Δe＞Δa)。
图3A及图3B表示图1A及图1B所示的CMOS型图像传感器的应用例。
图3A是在摄像机模块中搭载了CMOS型图像传感器10的情况的例子。例如，在CMOS型图像传感器10的上方，配置有IR截滤波器20和摄像机透镜21。IR截滤波器20及摄像机透镜21都通过透镜支持器22固定至摄像机模块的传感器搭载部23。
图3B表示上述结构的摄像机模块中的、CMOS型图像传感器10与摄像机透镜21之间的关系。即，从摄像机透镜21的最终面出射的光，按照对应于像素的位置的主光线入射角，分别入射至CMOS型图像传感器10上的光电二极管13，在此，以对应于主光线入射角的像高成像。
在此，所谓“主光线”，是指在某点(像素)成像的光束的中心的光线；所谓“像高”，是指从成像面上的光轴到某电的距离。其中，将在某点成像的、光束的中心的光线(主光线)以外的光线称为“上下光线”。
图4A至图4C表示上述CMOS型图像传感器10中的、像素31的结构例。其中，图4A是取出1个像素31来表示的俯视图，图4B是沿着图4A的IVB-IVB线的剖面图，图4C是沿着图4A的IVC-IVC线的剖面图。
大致成矩形的像素31包括光电二极管13、布线17以及微透镜19等。即，第二导电型的第一半导体区域31a离开半导体基板(例如第一导电型)11的表面，设置在基板11的内部。绝缘膜31b设置在基板11的表面上。导电体31c设置在绝缘膜31b之上。导电体31c以凸部31d覆盖第一半导体区域31a的一部分的方式，设置在上述第一半导体区域31a的右侧的上方。第一导电型的第三半导体区域(表面屏蔽层)31e设置在基板11的表面部。本例的情况下，第三半导体区域31e隔着半导体基板11，设置在第一半导体区域31a的上方。另外，第三半导体区域31e与第一半导体区域31a的侧面相接。进而，第三半导体区域31e的一部分设置到半导体31c的下方。
第二导电型的第四半导体区域31f设置在基板11的表面部。第四半导体区域31f与导电体31c之间的距离等于绝缘膜31b的膜厚。第六半导体区域31g设置在第四半导体区域31f之下。第六半导体区域31g防止穿通。
第二导电型的第二半导体区域31h设置在半导体基板11的表面部。第二半导体区域31h设置在半导体31c的下方，特别是设置在凸部31d的下方。第二半导体区域31h与上述第三半导体区域31e的侧面相接，还与上述第四半导体区域31f的侧面相接。
绝缘体32设置在基板11的表面部的下方。绝缘体32的侧面和下表面与上述第三半导体区域31e相接。通过该绝缘体32，划分用于形成各像素31的光电二极管13的区域。
第三半导体区域31e是用于根据入射光得到信号电荷的光电转换部。第一半导体区域31a是蓄积通过光电转换而得到的信号电荷的信号蓄积部。通过第一、第三半导体区域31a、31e，构成光电二极管13。导电体31c是用于从第一半导体区域31a中除去信号电荷的场效应晶体管FET1的栅极电极。其中，第二半导体区域31h是晶体管FET1的沟道区域(沟道注入层-channel implantation layer)。
在作为栅极电极的导电体31c中，在凸部31d的栅极长度最大。凸部31d为凸起，设置在规定了栅极宽度的区间的大致中央。在凸部31d的下方，设有第三半导体区域31e。其中，也可以在凸部31d的侧面的下方，配置第三半导体区域31e的侧面。
活性区域33连接至第四半导体区域31f。在活性区域33上，分别隔着绝缘膜(未图示)，设置有导电体34。导电体34作为场效应晶体管FET2、FET3、FET4的栅极电极。通过导电体31c以及导电体34，形成上述布线17。
通常，由于布线17的布置的不同，像素31的布置在左右不对称。因此，即使在像高相同的情况下，在图像区域11a的左右的周边部，对于作为最佳的、入射的光的角度，产生差异。即，在右方向的周边部的像素31，使来自左上方的光原样入射即可，但在左方向的周边部的像素31，需要使来自右上方的光避开布线17入射。
图5表示对于使像素间距(光电二极管的排列间距P)为1.4μm的情况下的、图像区域的左右的周边部上的像素的光感度进行模拟的结果(微透镜的偏移量-光感度依赖性)。
在该图像传感器的情况下，布线配置为仅在光电二极管的右侧、栅极电极在光电二极管上突出的状态。因此，例如如图1B所示，从光电二极管的中心至左右的布线的距离不同。而且，在图像区域的左方向的周边部与右方向的周边部，入射光所入射的方向不同。因此，相对于入射光的入射方向的最佳角度在图像区域的左右不对称。
因此，在改变微透镜的位置、实际计测分别位于图像区域的左右的端部的像素的光感度时，例如如图5所示，可知在右方向的端部的像素与左方向的端部的像素，偏移量的最佳值不同。从该图明确可知，为了在右方向的端部的像素与左方向的端部的像素，分别将偏移量设定为最佳值，需要使图像区域的右方向的周边部上的微透镜的偏移量(排列间距)比左方向的周边部大。
像这样，能够在图像区域的左右的周边部，独立地设定微透镜的偏移量，由此在使像素精细化的情况(特别是在由于精细化而布线的布置的边距减少的情况)下，也能够解决以下问题，即：在图像区域的左右的某一方的像素中，无法将微透镜的偏移量设定为最佳值。
图6表示用于在设计图1A及图1B所示的CMOS型的图像传感器10时、能够将微透镜的偏移量设定为最佳值的方法。
例如，在设计CMOS型的图像传感器10的情况下，
(1)首先，决定像素31的布置。
(2)接着，得到摄像机21的透镜特性(像高-主光线/上下光线)。
(3)接着，对于各像高，计算“微透镜的偏移量-光感度依赖性”。此时，假设将图像区域11a在X方向/Y方向上都分割为多个区域，模拟对于各区域的特定的像素31的光感度。例如，根据像高的变化，将图像区域11a在X方向/Y方向上都分割为11份时，需要对于总计121个像素31进行模拟。
(4)接着，根据由上述(3)求出的计算结果，计算对于各像高的、微透镜19的偏移量Δ的最佳值。
(5)接着，按照由上述(4)求出的微透镜19的偏移量Δ的最佳值，制作曲线图(等高线图)。
(6)最后，根据由上述(5)求出的等高线图，设计微透镜19的布置(决定排列间距L(LL、LR))。
另外，还依赖于摄像机透镜21的特性及/或像素31的布置，但观察所求出的等高线图，对于偏移量Δ变化较大的区域，进一步增加对于像高的分割数来进行模拟即可。
另外，也可以对于全部像素31进行模拟，并计算上述“微透镜的偏移量-光感度依赖性”。
图7表示由上述方法求出的等高线图的一个例子。在本例中，例示出在图像区域11a的右方向的周边部，微透镜19的偏移量Δ的最佳值大于左方向的周边部的情况。
即，该等高线图表示微透镜19的偏移量Δ的最佳值的分布。从该图明确可知，随着靠近图像区域11a的端部，即，随着像高X(X方向的像高)及像高Y(Y方向的像高)变大，微透镜19的偏移量Δ的最佳值增大。特别是，在图像区域11a的右方向及上/下方向(Y方向)的周边部，偏移量Δ的最佳值比左方向的周边部大。
根据该等高线图，实际布置微透镜19，从而能够在图像区域11a的左右的周边部中，都将微透镜19的偏移量Δ设定为最佳值。因此，在图像区域11a的左右的周边部，能够分别使入射光对于各像素入射的角度最佳，能够有效地接收入射光。即，可以抑制各像素的、入射光被布线17遮挡而损失的现象的发生，提高全部光电二极管13的聚光效率。
另外，图8A及图8B分别是根据图中的公式、求出微透镜19的偏移量(1ens_shift)的最佳值的分布的情况的例子(等高线图)。
图9A、图9B以及图10表示为了与本实施方式的CMOS型图像传感器10对比而示出的、作为现有例的CMOS型图像传感器的结构例。即，该现有例是在图像区域的左右的周边部将微透镜的排列间距L设定为相同值的情况的例子。另外，图9A是现有例中的图像区域的俯视图，图9B是沿着图9A的IXB-IXB线的剖面图，图10表示各像高的、光电二极管与微透镜的排列间距的关系。
如图9A及图9B所示，在该图像传感器100的情况下，相对于图像区域111a的周边部的像素，来自摄像机透镜(未图示)的入射光倾斜入射至光电二极管113。另外，在光电二极管113的左侧与右侧，到布线117的距离不同。由此，在周边部的各像素中，分别配置为将微透镜119的位置沿图像区域111a的中央部方向偏离，从而能够在图像区域111a的整个区域，有效地接收入射光。
在该现有例的情况下，微透镜119的排列间距L在图像区域111a内相同(L12＝L23＝L34＝L45)，光电二极管113的排列间距P也同样相同(P12＝P23＝P34＝P45)。另外，微透镜119的排列间距L比光电二极管113的排列间距P小(L12＝L23＝L34＝L45＜P12＝P23＝P34＝P45)。即，随着像高增大，即，越靠图像区域111a的端部的像素，微透镜119与光电二极管113之间的位置的偏移量Δ越大(Δa＝Δe＞Δb＝Δd＞Δc，且Δc＝0)。
另外，在该图中，参照符号111为半导体基板，参照符号115为透光膜。
例如如图10所示，在该现有例的情况下，在任何像高下，光电二极管113的排列间距P总是3.30μm，微透镜119的排列间距L总是3.26μm。
即，微透镜119相对于光电二极管113的偏移量Δ是像高的单纯的函数，在图像区域111a的左右的周边部的各像素中，所对应的偏移量Δ分别相等(Δa＝Δe，Δb＝Δd)。因此，若将图像区域111a的左方向的周边部的各像素的、相对于图像区域111a的中央部方向的、微透镜119距离光电二极管113的中心位置的偏移量Δa、Δb设定为最佳值，则在右方向的周边部的各像素中，偏移量Δe、Δd偏离最佳值，导致光感度的降低。反之，若将图像区域111a的右方向的周边部的各像素的、相对于图像区域111a的中央部方向的、微透镜119距离光电二极管113的中心位置的偏移量Δe、Δd设定为最佳值，则在左方向的周边部的各像素中，偏移量Δa、Δb偏离最佳值，导致光感度的降低。像这样，在现有例的CMOS型图像传感器100的情况下，产生由于像素的布置不是各向同性(至少相对于X方向不对称)而引起的光感度的下降，存在图像区域111a的整个区域上、难以提高光电二极管13上的聚光效率的问题。
与此相对，在本实施方式的情况下，如图1A及图1B所示，微透镜19的排列间距L在图像区域11a内不是一样的。即，在布置了具有如图4A至图4C所示的结构的像素31的图像区域11a的情况下，与左方向的周边部上的微透镜19的排列间距LL相比，右方向的周边部上，微透镜19的排列间距LR更小(偏移量Δ更大)，所以具有在图像区域11a的整个区域上、能够提高光电二极管113对于来自斜向的入射光的聚光效率的优点。
即，各像高的、微透镜19相对于光电二极管13的中心位置的偏移量Δ被设定为最佳值，以使各像素31的光感度最大。由此，即使在对像素31进行精细化的情况下，在图像区域11a的左右的周边部，也不发生从摄像机透镜21出射并向光电二极管13入射的光被布线17遮挡而损失的现象，能够以相同程度确保全部光电二极管13上的入射光的聚光效率。
如上所述，根据本实施方式，能够在图像区域的左方向的周边部的各像素与右方向的周边部的各像素上，独立地设定微透镜地排列间距。即，能够对于各像高，将微透镜相对于光电二极管的偏移量设定为最佳值。由此，在由于像素的布置的非对称性(不是各向同性)，而引起图像区域的左右的周边部上的微透镜的偏移量的最佳值不同的情况下，也能够在各像素上抑制入射光的一部分被布线遮挡而损失的现象的发生。因此，在图像区域的整个区域上，能够以相同程度确保光电二极管上的入射光的聚光效率。
特别是，在图像区域内的全部的光电二极管上，能够有效地接收来自摄像机透镜的入射光，所以可以改善图像区域的周边部的聚光效率的下降，并且可以进行适当的阴影校正(阴影的减轻)。
另外，在上述第一实施方式中，以在图像区域的左右的周边部、微透镜的偏移量的最佳值不同的情况为例进行了说明，但不限定于此，例如也可以适用于像素的布置在图像区域的上下方向(Y方向)不是各向同性的情况。此时，使微透镜的排列间距在图像区域的上下的周边部不同(在图像区域的上下的周边部的各像素中，分别将偏移量Δ设定为最佳值)，从而能够以相同程度确保在包括上下的周边部的各像素在内的、图像区域内的全部的光电二极管上的来自斜向的入射光的聚光效率。
另外，使微透镜的排列间距在图像区域的×字(斜45度)方向和+字(左右及上下)方向不同，也能够以相同程度确保图像区域内的全部的光电二极管上的来自斜向的入射光的聚光效率。
一般的，像素中的布线的布置多为类似于长方形(包括正方形)的形状。这是因为，多将驱动像素的布线配置在水平方向，而将用于读取像素的信号电荷的布线配置在垂直方向。
像这样，在布线的布置为类似于长方形的形状的情况下，在图像区域的×字方向的像素中，在来自摄像机透镜的入射光的情况下，布线的开口宽度(在布线之间露出的、光电二极管的活性区域的一方的对角线)显得较长。因此，在×字方向和+字方向，微透镜的偏移量与光感度之间的关系必然不同，所以通过使微透镜的排列间距在图像区域的×字方向和+字方向不同，能够提高全部光电二极管上的的聚光效率。
另外，上述实施方式不限于区域传感器，在应用于线性传感器的情况下也能够改善阴影特性。
另外，限定为将来自摄像机透镜的光进行聚光的微透镜进行了说明，但在任何层内透镜的情况下都可以期待相同的效果。进而，在使用微透镜和层内透镜双方的情况下显然也是有效的。
另外，各实施方式也可以适用于CCD型的图像传感器，但在适用于CMOS型的图像传感器时效果特别大。原因在于，与CCD型的图像传感器相比，CMOS型的图像传感器中，光电二极管与微透镜之间的距离较大。
进而，并不限于对于具有遵循近轴光线近似的透镜特性的摄像机透镜的使用的情况。例如，对于透镜特性不遵循近轴光线近似的摄像机透镜的使用也同样能够适用。
对于本领域的技术人员而言，能够进行进一步的改进和变形。因此，本发明的较宽范围不限定于在此说明和展示的特征细节和代表实施例。所以，在不超出由附加的权利要求及其同等内容所规定的总体发明构思的精神和范围的前提下，可以进行各种变形。

Claims (12)

1、一种固体摄像装置，具备：
多个受光部，在半导体基板上的图像区域内以相同间距配置，入射来自摄像光学系统的出射光；
多个聚光用透镜，分别配置在上述多个受光部的上部；以及
多个遮光部，分别设在上述多个受光部的一端；
上述多个聚光用透镜在上述图像区域的第一方向的周边部以第一间距配置，在与上述第一方向相对的第二方向的周边部以比上述第一间距小的第二间距配置。
2、如权利要求1记载的装置，其中，
上述多个聚光用透镜各自相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量，在上述第一方向的周边部与上述第二方向的周边部不同。
3、如权利要求1记载的装置，其中，
上述多个遮光部是各自的电极部接近上述多个受光部的一端配置的多条布线；
上述多个聚光用透镜，在上述图像区域的、从上述各自的电极部所位于的上述多个受光部的一端的方向入射上述出射光的区域中，相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量小，而在上述图像区域的、从上述各自的电极部不位于的上述多个受光部的另一端的方向入射上述出射光的区域中，相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量大。
4、一种如权利要求1记载的固体摄像装置的设计方法，包括：
分别计算经由上述多个聚光用透镜、入射来自上述摄像光学系统的出射光的上述多个受光部的光感度；
根据该计算结果，对于各像高，计算上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量的最佳值；
按照该偏移量的最佳值，对上述多个聚光用透镜的布置进行设计。
5、如权利要求4记载的方法，其中，
对上述多个聚光用透镜，在上述图像区域的、上述第一方向的周边部以第一间距配置，在上述第二方向的周边部以比上述第一间距小的第二间距配置。
6、如权利要求4记载的方法，其中，
使上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量，在上述第一方向的周边部与上述第二方向的周边部不同。
7、如权利要求4记载的方法，其中，
上述多个遮光部是各自的电极部接近上述多个受光部的一端配置的多条布线；
使上述多个聚光用透镜，在上述图像区域的、从上述各自的电极部所位于的上述多个受光部的一端的方向入射上述出射光的区域中，相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量小，而在上述图像区域的、从上述各自的电极部不位于的上述多个受光部的另一端的方向入射上述出射光的区域中，相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量大。
8、一种如权利要求1记载的固体摄像装置的设计方法，包括：
决定上述多个受光部的布置；
得到上述摄像光学系统的透镜特性；
对于各像高，计算相对于上述多个聚光用透镜的偏移量的光感度依赖性；
根据上述计算结果，计算对于各像高的、上述多个聚光用透镜的偏移量的最佳值；
按照上述偏移量的最佳值来制作等高线图；以及
根据上述等高线图，对上述多个聚光用透镜的布置进行设计。
9、如权利要求8记载的方法，其中，
计算相对于上述多个聚光用透镜的偏移量的光感度依赖性，包括：假设将上述图像区域分割为多个区域，模拟对于各区域内的特定的受光部的光感度。
10、如权利要求8记载的方法，其中，
对上述多个聚光用透镜的布置进行设计，包括：对上述多个聚光用透镜，在上述图像区域的、上述第一方向的周边部以第一间距配置，在上述第二方向的周边部以比上述第一间距小的第二间距配置。
11、如权利要求8记载的方法，其中，
对上述多个聚光用透镜的布置进行设计，包括：使上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量，在上述第一方向的周边部与上述第二方向的周边部不同。
12、如权利要求8记载的方法，其中，
上述多个遮光部是各自的电极部接近上述多个受光部的一端配置的多条布线；
对上述多个聚光用透镜的布置进行设计，包括：在上述图像区域的、从上述各自的电极部所位于的上述多个受光部的一端的方向入射上述出射光的区域中，使上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量小，而在上述图像区域的、从上述各自的电极部不位于的上述多个受光部的另一端的方向入射上述出射光的区域中，使上述多个聚光用透镜的、相对于上述图像区域的中央部方向的、距离上述多个受光部的中心的偏移量大。
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