CN101964875B - 固体摄像器件和照相机 - Google Patents

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Abstract

一种固体摄像器件和照相机，其包括：摄像单元，在所述摄像单元中，以矩阵形式形成有多个光感应单元，并且在多个光感应单元之间形成有多个布线部；滤色器，它被设置在所述摄像单元上方，并按照预定规则对所述光感应单元分配颜色；以及片上透镜，它们以与所述光感应单元一对一的方式设置在所述滤色器上方，并具有根据所述光感应单元之间的灵敏度差改变的集光特性，其中，由于各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到所述光感应单元时，产生所述光感应单元之间的灵敏度差。可以实现器件的小型化并抑制图像质量的劣化。

Description

固体摄像器件和照相机
相关申请的交叉参考 
本申请包含与在2009年7月23向日本专利局提出的日本优先权专利申请JP 2009-171674的公开内容相关的主题，在此将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。 
技术领域
本发明涉及一种固体摄像器件和照相机，更具体而言，涉及光感应单元和布线层之间的位置关系周期性改变的固体摄像器件以及配置有该固体摄像器件的照相机。 
背景技术
近年来，采用作为一种IC制造的标准技术的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)技术的CMOS型固体摄像器件得到广泛地应用。 
与电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)型固体摄像器件不同，CMOS型固体摄像器件不采用高驱动电压，并可以与周边电路一体化(布置在芯片上)，这对固体摄像器件的小型化大有益处。 
此外，对CMOS型固体摄像器件而言，目前期望实现芯片的小型化和多像素结构化。但是，将芯片小型化而保持像素尺寸不变，将导致用于CMOS型固体摄像器件的像素数减少，从而导致固体摄像器件的分辨率降低。另一方面，将芯片多像素结构化而保持像素尺寸不变，将导致芯片尺寸增加，从而导致产品成本增加或芯片产率降低。 
因此，必需使像素尺寸小于现有尺寸，以实现芯片的小型化和多像素结构化。如果实现了像素尺寸的小型化，则可以提供具有相同分辨率的更小的CMOS型固体摄像器件，或者相反，可以提高分辨率但维持器件尺寸不变。 
然而，当像素尺寸减少时会出现如下问题，即，入射到各像素的光量减少，并且像素的光感应单元的灵敏度特性劣化。有一种通过增加输 出电路的转换效率来维持灵敏度特性的方法。但在这种情况下，噪声分量也被放大。 
因此，从CMOS型固体摄像器件输出的视频信号的S/N比劣化。换言之，当像素尺寸减小时，通常难以通过增加光电转换效率来维持灵敏度特性，因而必需提高各像素的集光效率以防止视频信号的S/N比劣化。 
从这种观点出发，例如在日本未审查专利申请公开公报No.2002-76322、No.2002-151670和No.2005-116939中公开了这样的一些器件：在这些器件中，通过在安装于光感应单元上方的滤色器上设置片上透镜(on-chip lenses，OCLs)来提高光感应单元的集光效率。 
CMOS传感器包括多个以矩阵形式设置的像素，通常，在各像素的区域中除了包括光感应单元之外，还包括读出门、电荷-电压转换单元、复位门和放大器等，因而认为难以减小像素尺寸。 
但最近有人提出了所谓的多像素共用元件(component-shared-by-plural-pixels)结构(例如，参考日本未审查专利申请公开公报No.2006-54276)，其中，各像素中被除了光感应单元之外的元件所占据的面积可以通过让多个像素共用原先被安装在各个像素上的那些元件来减少。这种技术正成为减小CMOS型固体摄像器件中的像素尺寸的重要技术。 
但在一些情况下，在用来实现像素尺寸的减小的像素图案或在用于多像素共用元件结构的图案中，光感应单元和布线层之间的位置关系周期性改变。因此，由于光感应单元和布线层不是规则布置的，或换言之，由于由光感应单元和布线层构成的图案为非均匀图案，所以各个光感应单元的灵敏度周期性改变，从而导致从固体摄像器件输出的图像信号出现图像质量的周期性劣化。 
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种能够提供均匀像素输出信号的固体摄像器件以及配置有该固体摄像器件的照相机。 
根据本发明的实施例，提供一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：摄像单元，在所述摄像单元中，以矩阵形式形成有多个光感应单元，并且在多个光感应单元之间形成有多个布线部；滤色器，它被设置在所述摄像单元上方，并按照预定规则对所述光感应单元分配颜色；以及片上透镜，它们以与所述光感应单元一对一的方式设置在所述滤色器上方，并具有根据分配有相同颜色的所述光感应单元之间的灵敏度差改变的集光特性，其中，由于各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到所述光感应单元时，分配有相同颜色的所述光感应单元之间产生灵敏度差。 
根据本发明的另一实施例，提供一种照相机，所述照相机具有固体摄像器件，其包括：摄像单元，在所述摄像单元中，以矩阵形式形成有多个光感应单元，并且在多个光感应单元之间形成有多个布线部；滤色器，它被设置在所述摄像单元上方，并按照预定规则对所述光感应单元分配颜色；以及片上透镜，它们以与所述光感应单元一对一的方式设置在所述滤色器上方，并具有根据分配有相同颜色的所述光感应单元之间的灵敏度差改变的集光特性，其中，由于各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到所述光感应单元时，分配有相同颜色的所述光感应单元之间产生灵敏度差，所述照相机还具有：光学系统，它将入射光引导入所述摄像单元；以及信号处理电路，它用于对从所述固体摄像器件输出的信号进行处理。 
由于片上透镜的集光特性根据光感应单元之间的灵敏度差改变，因而由各个布线部和光感应单元之间的关系导致的图像质量的劣化可以得到抑制，其中，由于各个布线部相对于光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到光感应单元时，产生光感应单元之间的灵敏度差。 
句子“按照相同规则将相同颜色分配到光感应单元”表示，当两个光感应单元互相比较时，相同颜色被分配到上述两个光感应单元，同时，如果与上述两个光感应单元中的一个相邻的一个光感应单元和与上述两个光感应单元中的另一个相邻的另一个光感应单元，分别相对于上述两个光感应单元中的一个和相对于上述两个光感应单元中的另一个位于相同的位置处，则对这两个光感应单元分配相同的颜色。 
在本发明实施例的固体摄像器件和照相机中，由于各个布线部和光 感应单元之间的关系导致的图像质量的周期性劣化可以得到抑制，并可以提供均匀的像素输出信号。 
附图说明
图1是作为本发明实施例的固体摄像器件示例的CMOS型图像传感器的示意结构图。 
图2A是说明包括两个像素的两像素共用元件单元的平面结构的示意图。 
图2B是说明包括两个像素的另一个两像素共用元件单元的平面结构的示意图。 
图3A是说明图2A所示的两像素共用元件单元如何共用元件的示意图。 
图3B是说明图2B所示的两像素共用元件单元如何共用元件的示意图。 
图4是说明摄像单元的布局的示意图。 
图5是说明本发明第一实施例的CMOS型图像传感器的摄像单元的截面的示意图。 
图6是说明第一实施例的CMOS型图像传感器的片上透镜的示意图。 
图7是说明沿图1中VII-VII线的截面图的示意图。 
图8是表示由各包括四个像素的四像素共用元件单元构成的CMOS型图像传感器的示意性结构图的图。 
图9是说明包括四个像素的四像素共用元件单元的平面结构的示意图。 
图10是说明由各包括四个像素的四像素共用元件单元构成的摄像单元的布局的示意图(1)。 
图11是说明由各包括四个像素的四像素共用元件单元构成的摄像单元的另一布局的示意图(2)。 
图12是本发明另一实施例的CMOS型照相机示例的示意性结构图。 
图13是示出了与“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”对应的光感应单元的输出信号值。 
图14是示出了与“R1”、“R2”、“B1”和“B2”对应的光感应单元的输出信号值。 
图15A、图15B和图15C是示出了对于用于“Gb1”的三种缩小率，与“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”对应的光感应单元的输出信号值。 
图16A、图16B和图16C是示出了对于用于“R2”的三种缩小率，与“R1”、“R2”、“B1”和“B2”对应的光感应单元的输出信号值。 
具体实施方式
下面将对本发明的实施例(以下称为实施例)进行说明。按以下顺序对下列主题进行说明。 
1.第一实施例 
2.第二实施例 
3.变形例 
1.第一实施例
固体摄像器件的示意结构
图1是作为本发明实施例的固体摄像器件示例的CMOS型图像传感器的示意结构图。在图1所示的CMOS型图像传感器中，多组共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的两像素被设置成矩阵形式。在下文中，将共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的两像素的组称为两像素共用元件单元。 
更具体而言，两个光电二极管PD1和PD2以及分别与光电二极管PD1和PD2对应的两个传输晶体管Tr11和Tr12，共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。 
图1表示第一实施例的CMOS型图像传感器1，该图像传感器1由 摄像单元3和布置在摄像单元3周边的周边电路构成，该摄像单元3包括按二维阵列规则设置的多个两像素共用元件单元2a。该周边电路包括垂直驱动单元4、水平传输单元5以及输出单元6。 
光电二极管PD1和PD2对入射光进行光电转换。此外，光电二极管PD1和PD2具有存储通过光电转换获得的信号电荷的电荷存储区。 
传输晶体管Tr11和Tr12分别从光电二极管PD1和PD2读出信号电荷，并将这些信号电荷传输到稍后将要说明的浮动扩散(floatingdiffusion，FD)区。 
复位晶体管Tr2是用来将浮动扩散(FD)区的电位设定为预定值的晶体管。 
放大晶体管Tr3是用来放大传输到浮动扩散(FD)区的信号电荷的晶体管。 
选择晶体管Tr4是用来选择像素行，并将与该像素行对应的像素信号提供到垂直信号线8的晶体管。 
尽管在假设CMOS型图像传感器1包括选择晶体管Tr4的情况下对第一实施例的CMOS型图像传感器1进行了说明，但也可以是不具有选择晶体管的另一种CMOS型图像传感器。 
如图1所示，在两像素共用元件单元2的电路中，两个光电二极管PD1和PD2分别与两个传输晶体管Tr11和Tr12的源极连接。此外，传输晶体管Tr11和Tr12的漏极都与复位晶体管Tr2的源极连接。 
此外，设置在传输晶体管Tr11和Tr12与复位晶体管Tr2之间、作为电荷-电压转换器的共用浮动扩散(FD)区，与放大晶体管Tr3的栅极连接。 
此外，放大晶体管Tr3的源极与选择晶体管Tr4的漏极连接。复位晶体管Tr2的漏极和放大晶体管Tr3的漏极与电源电压连接。选择晶体管Tr4的源极与垂直信号线8连接。 
垂直驱动单元4对按行设置的两像素共用元件单元2的复位晶体管的栅极供给公共复位信号φRST。此外，垂直驱动单元4对按行设置的两 像素共用元件单元2的传输晶体管Tr11和Tr12的栅极共同供给行传输信号φTRG。另外，垂直驱动单元4对按行设置的两像素共用元件单元2的各选择晶体管Tr4的栅极共同供给行传输信号φSEL。 
水平传输单元5包括一对一地与垂直信号线8连接的模拟数字转换器9(ADC)、列选择电路(开关)SW以及水平传输线10(例如，数量与数据位线的数量相等的总线)。 
输出单元6包括信号处理电路11和输出缓存器12，该信号处理电路11用于对通过水平传输线10提供的输出信号进行处理。 
在作为本发明实施例的固体摄像器件示例的CMOS型图像传感器1中，从各行的两像素共用元件单元2读出的信号通过模拟数字转换器9转换成数字信号，之后，该数字信号通过列选择电路SW被依次选择，并被依次读出从而传输到水平传输线10。在经过信号处理电路11处理后，数字信号(图像数据)从输出缓存器12输出。 
下面将对两像素共用元件单元2的操作进行说明。首先，通过将传输晶体管Tr11和Tr12的栅极和复位晶体管Tr2的栅极设定为导通状态，将存储在光电二极管PD1和PD2中的电荷完全转移。其次，在将传输晶体管Tr11和Tr12的栅极和复位晶体管Tr2的栅极设定为截止状态后，电荷被存储到光电二极管PD1和PD2中。 
接着，在读出光电二极管PD1和PD2中存储的电荷之前，通过将复位晶体管Tr2的栅极设定为导通状态，将浮动扩散(FD)区的电位复位。 
之后，将复位晶体管Tr2的栅极设定为截止状态，并将传输晶体管Tr11和Tr12的栅极设定为导通状态，从而使电荷从光电二极管PD1和PD2传输到浮动扩散(FD)区。接下来，信号电荷通过光电二极管PD1和PD2被供给到复位晶体管Tr3的栅极，继而放大晶体管Tr3放大该信号电荷。 
当选择晶体管Tr4被设定为导通状态时，通过由放大晶体管Tr3进行的信号电荷的电荷-电压转换获得的图像信号，通过垂直信号线8读出。 
在以矩阵形式设置的两像素共用元件单元2之一的平面结构中，对角相邻的两个光感应单元之间设置有一个浮动扩散(FD)区。换言之，例 如，如图2A所示，这两个光感应单元通过分别连接到光感应单元的传输晶体管Tr11和Tr12共用浮动扩散(FD)区。在下文中，将图2A所示的两像素共用元件单元称为两像素共用元件单元2a。 
下面对由两像素共用元件单元2a构成的二维阵列中的坐标点为(i，j)和(i+1，j+1)的一对光感应单元进行讨论。在这种情况下，例如如图3A所示，坐标点为(i，j)和(i+1，j+1)的一对光感应单元共用一个浮动扩散(FD)区。此外，坐标点为(i，j+2)和(i+1，j+3)的一对光感应单元也共用一个浮动扩散(FD)区。类似地，其他光感应单元对以光感应单元对-浮动扩散(FD)区为基础共用浮动扩散(FD)区。 
图4表示包括本发明第一实施例的两像素共用元件单元2a的摄像单元3的布局。如图4所示，光感应单元之间的未设置浮动扩散(FD)区的空间被分配用于设置晶体管的晶体管区。复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4被设置在各晶体管区中。 
更具体而言，在属于第(2n-1)行的两像素共用元件单元2a中，复位晶体管Tr2被设置在上侧，而放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4被设置在下侧。在属于第2n行的两像素共用元件单元2a中，复位晶体管Tr2被设置在下侧，而放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4被设置在上侧。 
复位晶体管Tr2由源区41、漏区42和复位栅极43构成。放大晶体管Tr3由源区44、漏区45和放大栅极46构成。选择晶体管Tr4由源区47、漏区44和选择栅极48构成。这里，放大晶体管Tr3的源区也被用作选择晶体管Tr4的漏区。 
此外，布线49连接浮动扩散(FD)区20、复位晶体管Tr2的源区41以及放大晶体管Tr3的放大栅极46。此外，布线(未在图4示出)连接选择晶体管Tr4的源区47和垂直信号线8。 
此外，布线层17(未在图4示出)被形成在设置有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3以及选择晶体管Tr4的晶体管区上。布线层对上述晶体管的栅极提供电信号。 
图5是说明本发明第一实施例的CMOS型图像传感器的摄像单元3的截面的图。更具体而言，图5为沿图4的V-V线的示意截面图。 
如图5所示，例如氧化硅层等绝缘层(未图示)被形成在包括多个光感应单元7的基板50上，此外，在该绝缘层上形成有透光绝缘层51。透光绝缘层51的表面被平坦化。 
PSG(磷硅酸盐玻璃：phosphosilicate glass)或BPSG(掺硼磷硅酸盐玻璃：borophosphosilicate glass)等可被用作透光绝缘层51的材料。 
此外，片上滤色器14(OCCF)被设置在平坦化的透光绝缘层51上。图5中示出的OCCF 14通过原色(primary colors)编码，并且通过边界区14a分离的各个透光区14b被分别着色为红(R)、绿(G)和蓝(B)中的任一种。更具体而言，如图4所示，如果属于按二维阵列设置的透光区14b的某行的透光区被着色为R、G、R、G等，则属于与该行相邻的第一行的透光区被着色为B、G、B、G等，而属于与该行相邻的第二行的透光区被着色为R、G、R、G等。换言之，对按二维阵列设置的透光区14b采用所谓的拜耳(Bayer)阵列。 
在其上具有着红色透光区14b的光感应单元7表示该光感应单元7选择性接收红光，在其上具有着绿色透光区14b的光感应单元7表示该光感应单元7选择性接收绿光。相似地，在其上具有着蓝色透光区14b的光感应单元7表示该光感应单元7选择性接收蓝光。 
此外，用字母“Gr”标记的透光区14b表示该透光区14b为着绿色透光区，并且，着红色透光区和着绿色透光区交替设置在该着绿色透光区14b所属的行中。为简便起见，将上述透光区14b记为“Gr”。类似地，用字母“Gb”标记的透光区14b表示该透光区14b为着绿色透光区，并且，着蓝色透光区和着绿色透光区交替设置在该绿透光区14b所属的行中。为简便起见，将上述透光区14b记为“Gb”。 
在第一实施例的摄像单元3的布局中，在两像素共用元件单元2a中，两个光感应单元与由复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3以及选择晶体管Tr4构成的晶体管之间具有两种不同类型的位置关系。两像素共用元件单元2所具有的类型由两像素共用元件单元2所处的一对行确定。因此，为了解释方便，将与复位晶体管Tr2在上侧而放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4在下侧的光感应单元对应的透光区14b记为“R1”、“Gr1”、“Gb1”或“B1”。另一方面，与复位晶体管Tr2在下侧而放大晶体管Tr3 和选择晶体管Tr4在上侧的光感应单元对应的透光区14b由“R2”、“Gr2”、“Gb2”或“B2”表示。 
如图4所示，对与“R1”对应的光感应单元和与“R2”对应的光感应单元分配相同的颜色(红)。此外，例如，考虑如下一种情况，即，一对光感应单元分别与对应于“R1”的光感应单元和对应于“R2”的光感应单元相邻，并且分别相对于与“R1”对应的光感应单元和相对于与“R2”对应的光感应单元同时位于相同的位置处。在这种情况下，有八对光感应单元，并且可以对任何一对分配相同的颜色。因此，可以确定地说，按照相同规则对与“R1”对应的光感应单元和与“R2”对应的光感应单元分配相同的颜色。此外，对与“B1”对应的光感应单元和与“B2”对应的光感应单元分配相同的颜色(蓝)。另外，例如，考虑如下一种情况，即，一对光感应单元分别与对应于“B1”的光感应单元和对应于“B2”的光感应单元相邻，并且分别相对于与“B1”对应的光感应单元和相对于与“B2”对应的光感应单元同时位于相同的位置处。在这种情况下，有八对光感应单元，并可以对任何一对分配相同的颜色。因此，可以确定地说，按照相同规则对与“B1”对应的光感应单元和与“B2”对应的光感应单元分配相同的颜色。类似地，对于一对与“Gb1”对应的光感应单元和与“Gb2”对应的光感应单元以及一对与“Gr1”对应的光感应单元和与“Gr2”对应的光感应单元也是一样。 
另一方面，对与“Gr1”对应的光感应单元和与“Gb1”对应的光感应单元分配相同的颜色(绿)。但是，并未对与对应于“Gr1”的光感应单元相邻的光感应单元和与对应于“Gb1”的光感应单元相邻的光感应单元分别分配相同的颜色。因此，很难说按照相同的规则对与“Gr1”对应的光感应单元和与“Gb1”对应的光感应单元分配相同的颜色。类似地，对于一对与“Gr2”和“Gb2”对应的光感应单元也是一样。 
在OCCF 14上设有由例如负型感光树脂(negative photosensitive resin)等透光材料制成的片上透镜(OCLs)。由OCLs 13的透镜表面(为凸曲面)接收并收集的光进入到光感应单元7。 
片上透镜的布置
图6为说明第一实施例的CMOS型图像传感器的片上透镜(OCLs)13 的布置的示意图。图6中的符号C表示摄像单元3的中心点。 
在第一实施例中，图6中的片上透镜的示意图的上半部中的与“Gb1”对应的OCLs 13被形成为在示意图向上的方向上逐渐减小。换言之，通过使OCLs 13的有效面积形成为在图6中的向上的方向上逐渐减小，来调整与“Gb1”对应的OCLs 13的集光特性。 
另一方面，图6中的片上透镜的示意图的下半部中的与“R2”对应的OCLs 13被形成为在示意图向下的方向上逐渐减小。换言之，通过将OCLs 13的有效面积形成为在图6中的示意图的下半部中的向下的方向上逐渐减小，来调整与“R2”对应的OCLs 13的集光特性。 
在该实施例中，作为一个示例，对通过使OCLs 13的有效面积逐渐减小来实现对OCLs 13的集光特性的调整进行了说明。但是，不仅可以采用这种方法，也可以采用其他方法来实现对OCLs 13的集光特性的调整。例如，可以通过改变OCLs 13的曲率半径或在OCLs 13的表面上生长具有低透光率的膜，来实现对OCLs 13的集光特性的调整。 
此外，在该实施例中，作为示例说明的是，在从图6中的摄像单元3的中心开始的示意图的向上的方向或向下的方向上，使OCLs 13的有效面积以一个片上透镜为单位逐渐减小，以此来调整OCLs 13的集光特性。可替代地，在从图6中的摄像单元3的中心开始的示意图的向上的方向或向下的方向上，可以使OCLs 13的有效面积以几个片上透镜为单位或者以几十个片上透镜为单位以阶梯式减小。如果采用上述使OCLs 13的有效面积以阶梯式减小的方法，则对摄像单元3的实际设计具有有利效果。 
利用片上透镜调整灵敏度差
如上所述，通过调整OCLs 13的尺寸，可以减小由光感应单元7和布线层17之间的位置关系的不规则性以及像素图案的不均匀性导致的片上透镜之间的周期性的灵敏度差。下面对上述调整进行详细说明。 
首先，将CMOS型图像传感器的摄像单元3配置为使得，光束垂直入射到摄像单元3的中心，但光束也会不可避免地以一定角度入射到摄像单元3的周边区域。具体而言，如作为说明沿图1中的VII-VII线的截 面的示意图的图7所示，光束以向上的角度入射到摄像单元3的上部区域，以向下的角度入射到摄像单元3的下部区域。 
此外，从图4可以清楚地看出，在包括本发明第一实施例的两像素共用元件单元2a的摄像单元3的布局中，在与“R2”对应的光感应单元和与“Gb1”对应的传感单元之间的空间内没有设置晶体管。由于在该区域中没有设置晶体管，因而在该区域中也没有设置布线层17。因此，入射光的进入不会受到任何布线层的妨碍，因而该空间(图4中由P表示的区域)有效扩大了与“R2”和“Gb1”对应的光感应单元的光电转换区域，因此，增加了与“R2”和“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度。 
换言之，在图4所示的光感应单元和布线层之间的位置关系中，在两像素共用元件单元2a之间、在图4中的垂直方向上周期性地形成有空间(图4中由P表示的区域)。因此，在垂直方向上周期性地出现有助于有效扩大光电转换区域和增加输出灵敏度的区域。 
此外，当光束以向上的角度入射到摄像单元3的上部区域时，与“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度容易受到影响并得到增强。另一方面，当光束以向下的角度入射到摄像单元3的下部区域时，与“R2”对应的光感应单元的输出灵敏度容易受到影响并得到增强。 
换言之，由于入射到摄像单元3的上部区域的入射光的角度与入射到摄像单元3的下部区域的入射光的角度不同，所以摄像单元3的上部区域中输出灵敏度容易受到影响并得到增强的光感应单元，与摄像单元3的下部区域的输出灵敏度容易受到影响并得到增强的光感应单元不同。因此，分配给摄像单元3的上部区域中的容易受到影响的光感应单元的颜色(在第一实施例的情况下为“Gb1”)，不同于分配给摄像单元3的下部区域中的容易受到影响的光感应单元的颜色(在第一实施例的情况下为“R2”)。 
如上所述，相对于与“Gb2”对应的光感应单元，与“Gb1”对应的光感应单元更容易受到摄像单元3的上部区域中的向上的光的影响，并且灵敏度增加的更多。另一方面，相对于与“R1”对应的光感应单元，与“R2”对应的光感应单元更容易受到摄像单元3的下部区域中的向下的光的影响，并且灵敏度增加的更多。此外，由于入射光的倾斜角度与 在垂直方向上(沿向上的方向或向下的方向)距摄像单元3的中心的距离成比例地变大，所以入射光的倾斜角度对光感应单元的影响，与在垂直方向(沿向上的方向或向下的方向)上距摄像单元3的中心的距离成比例地变大。 
在假设用于“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”的OCLs 13的尺寸相同，并预先确定入射到用于“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”的OCLs 13的入射光的条件下，在图13中示出了与“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”对应的光感应单元的输出信号值。 
从图13可以清楚地看到，在摄像单元3的上部区域中，与“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度高于与“Gb2”对应的光感应单元的输出灵敏度。此外，与“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度和与“Gb2”对应的光感应单元的输出灵敏度之间的差，与在垂直方向上(沿向上的方向)距摄像单元3的中心的距离成比例地变大。 
在假设用于“R1”、“R2”、“B1”和“B2”的OCLs 13的尺寸相同，并预先确定入射到用于“R1”、“R2”、“B1”和“B2”的OCLs13的入射光的条件下，在图14中示出了与“R1”、“R2”、“B1”和“B2”对应的光感应单元的输出信号值。 
从图14可以清楚地看到，在摄像单元3的下部区域中，与“R2”对应的光感应单元的输出灵敏度高于与“R1”对应的光感应单元的输出灵敏度。此外，与“R2”对应的光感应单元的输出灵敏度和与“R1”对应的光感应单元的输出灵敏度之间的差，与在垂直方向上(沿向下的方向)距摄像单元3的中心的距离成比例地变大。 
如上所述，由于在垂直方向上周期性出现有助于增加输出灵敏度的区域，因而会导致在垂直方向上有线状缺陷周期性产生的图像劣化。 
为了抑制图像的这种劣化，使与摄像单元3的上半部的“Gb1”对应的OCLs 13形成为，在图6中的示意图的向上的方向上逐渐减小，这将减小摄像单元3的上半部的光感应单元之间的灵敏度差。 
换言之，由于与摄像单元3的上半部的“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度高于与“Gb2”对应的光感应单元的输出灵敏度，因而导致 图像的劣化。因此，为了减小输出灵敏度之间的这种差，对与“Gb1”对应的OCLs 13的集光特性进行调整。 
类似地，通过使与摄像单元3的下半部的“R2”对应的OCLs 13形成为，在图6中的示意图的向下的方向上逐渐减小，可以减小摄像单元3的下半部的光感应单元之间的灵敏度差。 
换言之，由于与摄像单元3的下半部的“R2”对应的光感应单元的输出灵敏度高于与“R1”对应的光感应单元的输出灵敏度，因而导致图像劣化。因此，为了减小输出灵敏度之间的这种差，对与“R2”对应的OCLs 13的集光特性进行调整。 
在第一实施例的CMOS型图像传感器中，在假设用于“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”的OCLs 13的尺寸相同，并且预先确定入射到用于“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”的OCLs 13的入射光的条件下，在图15A、图15B和图15C中示出了对于用于“Gb1”的三种缩小率，与“Gb1”、“Gb2”、“Gr1”和“Gr2”对应的光感应单元的输出信号值。图15A、图15B和图15C中的用于“Gb1”的缩小率被定义为按升序方式增加。 
从图15A和图15B可以清楚地看到，通过调整用于“Gb1”的OCLs13的尺寸，与摄像单元3的上半部的“Gb1”对应的光感应单元的输出灵敏度降低，并且，与“Gb1”和“Gb2”对应的光感应单元之间的差减小。图15C示出了缩小率太大而使调整过度的情况。 
在第一实施例的CMOS型图像传感器中，在假设用于“R1”、“R2”、“B1”和“B2”的OCLs 13的尺寸相同，并且预先确定入射到用于“R1”、“R2”、“B1”和“B2”的OCLs 13的入射光的条件下，在图16A、图16B和图16C中示出了对于用于“R2”的三种缩小率，与“R1”、“R2”、“B1”和“B2”对应的光感应单元的输出信号值。图16A、图16B和图16C中的用于“R2”的缩小率被定义为按升序的方式增加。 
从图16A和图16B可以清楚地看到，通过调整用于“R2”的OCLs 13的尺寸，与摄像单元3的下半部的“R2”对应的光感应单元的输出灵敏度降低，并且，与“R1”和“R2”对应的光感应单元之间的差减小。图16C示出了缩小率太大而使调整过度的情况。 
根据该实施例，如上所述，通过调整OCLs 13的尺寸，与摄像单元3的上半部的“Gb1”和“Gb2”对应的光感应单元之间的差减小，而且，与摄像单元3的下半部的“R1”和“R2”对应的光感应单元之间的差也减小。 
可以减小由像素图案的不均匀性导致的光感应单元之间的灵敏度差，具体而言，该灵敏度差是由如下原因导致的，即，在图4中由P表示的区域有效扩大了光感应单元的光电转换区域。通过减小光感应单元之间的灵敏度差，可以提供均匀的像素输出信号，并且可以抑制周期性产生的图像质量的劣化。 
此外，根据该实施例，由于在一对倾斜相邻的光感应单元7之间设置有一个浮动扩散(FD)区，因而可以实现摄像单元3的尺寸的小型化，而不会降低光感应单元7的灵敏度。 
因此，根据该实施例，采用所谓的多像素共用元件结构可以实现摄像单元3的小型化，也可以减小在光感应单元之间周期性产生的灵敏度差，从而，可以实现CMOS型图像传感器的小型化和对图像质量劣化的抑制。 
2.第二实施例
照相机的结构
图12是采用本发明另一实施例的CMOS型照相机的示例的示意结构图。上述第一实施例的CMOS型图像传感器用作该照相机77中的摄像器件。 
本发明该实施例的照相机77被配置成使得，来自物体(未在图12中示出)的入射光通过例如透镜71和机械快门72等光学系统入射到固体摄像器件73的摄像单元。机械快门72通过使入射光进入到固体摄像器件73的摄像单元或阻止入射光进入到固体摄像器件73的摄像单元来设定曝光时间。 
在该照相机中，采用上述第一实施例的固体摄像器件作为固体摄像器件73，并且该固体摄像器件73通过具有时序发生电路和驱动系统等的驱动电路74驱动。 
通过信号处理电路75对来自固体摄像器件73的输出信号进行各种类型的信号处理，之后，将处理过的信号作为图像信号输出，并记录在例如存储器等存储介质中或输出以进行监视。 
利用系统控制器76进行机械快门72的打开和关闭控制、驱动电路74的控制以及信号处理电路75的控制。 
由于本发明该实施例的固体摄像器件被用在该照相机中，所以可以减小由于像素图案的不均匀性导致的光感应单元之间的灵敏度差，从而可以通过图像输出信号的均匀化得到高品质的图像。 
3.变形例
有关多像素共用元件结构的变形例
在第一实施例的两像素共用元件单元2a中，如上所述，两个像素以如图2A所示的形式共用一个浮动扩散(FD)区。但是，两像素共用元件结构不限于图2A所示的形式。例如，两个像素可以以如图2B所示的形式共用一个浮动扩散(FD)区。这里，下文中将具有如图2B所示的结构的两像素共用元件单元称为两像素共用元件单元2b。 
图3B表示由两像素共用元件单元2b构成的二维阵列中的坐标点为(i+1，j)和(i，j+1)的一对光感应单元共用一个浮动扩散(FD)区。此外，坐标点为(i+1，j+2)和(i，j+3)的一对光感应单元也共用一个浮动扩散(FD)区(参照图3B)。 
在第一实施例中，尽管对两个像素共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的情况进行了说明，但两个以上像素共用晶体管的其他情况也是可行的。例如，如图9所示，四个像素共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的四像素共用元件单元2c是可行的。此外，如图8所示，CMOS型图像传感器可以由按阵列设置的四像素共用元件单元2c构成。 
在这种情况下，各自构成光感应单元的一部分的四个光电二极管PD1～PD4以及分别与四个光电二极管PD1～PD4对应的四个传输晶体管Tr11～Tr14共用复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。 
图10说明由各自包括四个像素的四像素共用元件单元2c构成的摄 像单元3的方形阵列状布局的示例。在图10中，各四像素共用元件单元2c在下侧具有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。 
对于由四像素共用元件单元2c构成的摄像单元3的布局，不仅可以采用图10所示的方形阵列状的布局，还可以采用图11所示的倾斜阵列(蜂窝阵列(honeycomb array))状的布局。 
OCLs的集光特性的调整方向的变形例
在上述第一实施例中，依据在垂直方向上周期性产生使光电转换区域被有效扩大的在图4中由P表示的区域的假设，对CMOS型图像传感器进行了说明。换言之，在第一实施例中，依据光感应单元和连接晶体管栅极的布线层之间的位置关系在垂直方向上周期性改变的假设，对CMOS型图像传感器进行了说明。因此，通过在垂直方向上周期性调整OCLs 13的集光特性，实现图像输出信号的均匀化。 
然而，光感应单元和连接晶体管栅极的布线层之间的位置关系不仅可以在垂直方向上周期性改变，还可以在其他方向上周期性改变。例如，如果光感应单元和连接晶体管栅极的布线层之间的位置关系在水平方向上周期性改变，则通过在水平方向上周期性调整OCLs 13的集光特性，获得图像输出信号的均匀性。 
此外，如果光感应单元和连接晶体管栅极的布线层之间的位置关系在垂直方向和水平方向上周期性改变，则通过在垂直方向和水平方向上周期性调整OCLs 13的集光特性，获得图像输出信号的均匀性。 
片上滤色器的变形例
在上述的第一实施例中，作为示例，对基于拜耳阵列的片上滤色器14进行了说明。但是，片上滤色器14不限于基于拜耳阵列的片上滤色器，只要能够按照预定规则分配颜色，就可以是基于其他阵列类型的片上滤色器。 
此外，在上述的第一实施例中，由于与“R2”和“Gb1”对应的光感应单元分别位于图4中由P表示的区域的上方和下方，所以对与“R2”和“Gb1”对应的OCLs 13的集光特性的调整作为示例进行了说明。但是，分别位于图4中由P表示的区域的上方和下方的光感应单元不限于 与“R2”和“Gb1”对应的光感应单元。 
换言之，通过调整与分别位于图4中由P表示的区域的上方和下方的光感应单元对应的OCLs 13的集光特性，实现图像输出信号的均匀性。因此，通过片上滤色器分配给分别位于由P表示的区域的上方和下方的光感应单元的颜色种类，与OCLs 13的集光特性的调整之间不存在直接联系。 
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。 

Claims (8)

1.一种固体摄像器件，其包括：
摄像单元，在所述摄像单元中，以矩阵形式形成有多个光感应单元，并且在多个光感应单元之间形成有多个布线部，
滤色器，它被设置在所述摄像单元上方，并按照预定规则对所述光感应单元分配颜色，以及
片上透镜，它们以与所述光感应单元一对一的方式设置在所述滤色器上方，并具有根据分配有相同颜色的所述光感应单元之间的灵敏度差改变的集光特性，其中，由于各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到所述光感应单元时，分配有相同颜色的所述光感应单元之间产生灵敏度差。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中，
各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置在垂直方向上周期性改变；
所述片上透镜的集光特性被根据在垂直方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整；并且
分配到与集光特性被根据在一个垂直方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整的所述片上透镜对应的所述光感应单元的颜色，不同于分配到与集光特性被根据在另一垂直方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整的所述片上透镜对应的所述光感应单元的颜色。
3.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中，
各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置在水平方向上周期性改变；
所述片上透镜的集光特性被根据在水平方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整；并且
分配到与集光特性被根据在一个水平方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整的所述片上透镜对应的所述光感应单元的颜色，不同于分配到与集光特性被根据在另一水平方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整的所述片上透镜对应的所述光感应单元的颜色。
4.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中，各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置分别在垂直方向和水平方向上周期性改变，并且所述片上透镜的集光特性被根据在垂直方向和水平方向上距所述摄像单元的中心的距离进行调整。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述片上透镜的集光特性被进行逐渐调整。
6.根据权利要求2～4中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述片上透镜的集光特性被进行阶梯式调整。
7.根据权利要求2～4中任一项所述的固体摄像器件，还包括把通过所述光感应单元产生的电荷转换成电压的多个电荷-电压转换单元，各个所述多个电荷-电压转换单元被所述多个光感应单元共用。
8.一种照相机，其包括：
固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：
摄像单元，在所述摄像单元中，以矩阵形式形成有多个光感应单元，并且在多个光感应单元之间形成有多个布线部，
滤色器，它被设置在所述摄像单元上方，并按照预定规则对所述光感应单元分配颜色，和
片上透镜，它们以与所述光感应单元一对一的方式设置在所述滤色器上方，并具有根据分配有相同颜色的所述光感应单元之间的灵敏度差改变的集光特性，其中，由于各个所述布线部相对于所述光感应单元的位置周期性改变，因而当按照相同规则将相同颜色分配到所述光感应单元时，分配有相同颜色的所述光感应单元之间产生灵敏度差；
光学系统，它将入射光引导入所述摄像单元；以及
信号处理电路，它用于对从所述固体摄像器件输出的信号进行处理。
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